Investigacin N 1 Calificacin:..
TREN DE LEVITACION MAGNETICA (MAGLEV)Julio Fernando Soliz
OrtegaDiego Bismarck Maldonado OrdoezJavier Gerardo Capa
CarrilloJohnny Alfredo Torres PaladinesWagner Alexander Cabrera
LojanFreddy Gustavo Saguay VillaltaFecha de entrega: 24/04/2014
Introduccin: En 1821 el fsico dans Hans Christian Oersted
observo la conexin existente entre los fenmenos elctricos y
magnticos. El magnetismo hall aplicacin desde el siglo XIX.Aparatos
como la radio y la televisin se basan en muchos de los
conocimientos y aplicaciones que, sobre electromagnetismo, se
generaron en las primeras dcadas del siglo XX.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 alguno con el
suelo. No obstante, cuando se pretende extrapolar este atractivo
fenmeno a sistemas de inters cientfico o tecnolgico, aparecen
serias dificultades. En particular, las aplicaciones basadas en
efectos dinmicos (un colchn de aire, por ejemplo) requieren una
gran cantidad de energa, y las que tratan de evitar este problema
mediante la esttica (como las basadas en imanes que se repelen) son
altamente inestables. Una mnima perturbacin sobre el objeto
levitante lo expulsa irreversiblemente de su posicin de equilibrio.
Aunque queda mucho camino por recorrer, las propiedades de
atraccin-repulsin entre imanes y superconductores han hecho
posibles grandes avances en este campo. Estos sistemas son muy
estables y el consumo de energa se reduce de modo drstico. En el
rango de las aplicaciones a gran escala, disponemos ya de
conocimiento y tecnologa para levitar grandes masas. UNIVERSIDAD
CATLICA DE CUENCATERCER AO BTEORIA ELECTROMAGNETICA
De hecho, hoy en da, existe un tren capaz de viajar a una
velocidad de 518 km/h utilizando la levitacin magntica.
2INGENIERA ELCTRICA 2012-2013 Pgina 15 de 15
1 Objetivos
1.1 General
Dar a conocer el funcionamiento del tren de levitacin magntica y
su gran desempeo en la comunicacin actual.
1.2 EspecficosDestacar la importancia del uso de la mitad de
energa por pasajero que los aviones comerciales
convencionales.Determinar como el tren de levitacin magntica
presenta niveles muy bajos de contaminacin acstica.Mostrar como
tambin reduce el uso de petrleo y contamina el aire menos que los
aviones, locomotoras diesel y automviles.2 Marco Terico
Qu es la levitacin magntica?
(Lneas del campo magntico)
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, que explicaremos ms adelante, que es una propiedad
inherente a los superconductores.
La superconductividad es una caracterstica de algunos
compuestos, los cuales, por debajo de una cierta temperatura
crtica, no oponen resistencia al paso de la corriente; es decir:
son materiales que pueden alcanzar una resistencia nula. En estas
condiciones de temperatura son capaces de transportar energa
elctrica sin ningn tipo de prdidas, y adems poseen la propiedad de
rechazar las lneas de un campo magntico aplicado. Se denomina
Efecto Meissner a esta capacidad.
Efecto Meissner
El Efecto Meissner fue descubierto por Walther Meissner y Robert
Ochsenfeld en 1933 (a veces se llama, ms justamente,Efecto
Meissner-Ochsenfeld), y consiste en que cuando un superconductor se
enfra por debajo de determinada temperatura, si se le aplica un
campo magntico externo en el interior del superconductor el campo
magntico se anula.
Bsicamente, los electrones modifican sus rbitas de modo que
compensan el campo magntico externo de modo que en el interior, el
campo sea nulo. No vamos a entrar en mucha profundidad en las
causas, pero tiene que ver con el hecho de que, suficientemente
fro, un superconductor no tiene resistencia elctrica - esto
requiere necesariamente que el campo magntico en el interior sea
cero.
Este efecto puede utilizarse para producir levitacin
magntica: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.
Tren de levitacin magntica
Con esto del tren bala y el tren para todos me puse a ver q
tipos de trenes habia y cual era el mas rapido y encontre info
sobre los trenes MagLev(Magnetic Levitation, Levitacion
Magnetica).
Primero un detalle del funcionamiento de los mismos, con una
infografia hecha en flash y todo. Luego fotos del tren comercial
operativo para el publico mas rapido del mundo, el MagLev de China
431Km/h, muchas fotos de las estaciones, del tren funcionando, del
recorrido, del interior y de como son los frenos. Tambien hay un
par de videos para apreciar como es viajar a 431Km/h y si siguen
con ganas de viajar en estos trenes les dejo info de como hacer uno
en miniatura.
Japn tiene uno mas rapido pero todavia esta en fase de
pruebas.
Como funcionan
Un tren de levitacin magntica, o maglev, es un tren suspendido
en el aire por encima de una va, siendo propulsado hacia adelante
por medio de las fuerzas repulsivas y atractivas del
magnetismo.
La ausencia de contacto fsico entre el carril y el tren hace que
la nica friccin sea la del aire. Por consiguiente, los trenes
maglev pueden viajar a muy altas velocidades con un consumo de
energa razonable y a un bajo nivel de ruido, pudindose llegar a
alcanzar 650 km/h, aunque el mximo testado en este tren es de 584
km/h. Estas altas velocidades hacen que los maglev se conviertan en
competidores directos del transporte areo.
Como inconveniente, destaca el alto coste de las lneas, lo que
ha limitado su uso comercial.
Este alto coste viene derivado de varios factores importantes,
el primero y ms importante es el altsimo coste de la
infraestructura necesaria para la va y el sistema elctrico, y otro
no menos importante es el alto consumo energtico.
Debido a que en la fuerza elctromagnetica el principal factor de
diseo, y del consumo tambin, es el peso del tren, esta tecnologa no
es aplicable hoy al transporte de mercancas, lo cual limita
enormemente el uso de la infraestructura.
La nica lnea en funcionamiento a fecha de 2007 es la que une
Shanghi con su aeropuerto, tardando 7 minutos 20 segundos en
recorrer los 30 kilmetros a una velocidad mxima de 431 km/h y una
media de 250 km/h. Otros recorridos estn en estudio, principalmente
en China y Japn.
Importancia del Tren Maglev Son trenes muy rpidos, transporte ms
eficiente. Comodidad y seguridad; el tren mismo "vuela", por eso es
ms confortable. A pesar del costo considerable, es ms conveniente
si se considera el costo de reparacin de trenes convencionales en
constante deterioro. Hacen menos ruido que los dems trenes;
disminucin de contaminacin auditiva. Pueden ascender rampas y
voltear curvas cerradas; su recorrido se puede adaptar al curso de
las autopistas. No hay necesidad de tneles y otras construcciones
caras; su va es elevada. Necesita menos energa que los otros
sistemas de transporte; se elimina el rozamiento entre suelo y
tren. Practicamente no hay desgaste de las vas. Menor contaminacin
del aire. Menor impacto medioambiental; sus pistas ocupan menos
espacio. Menos propenso a accidentes; no es posible un choque pues
por la polaridad de los rieles, dos trenes no pueden avanzar en
sentidos opuestos a la vez. Tampoco podran chocar automviles, pues
estn sobre el nivel de las pistas.
El 2 de diciembre de 2003, los japoneses JR-Maglev se convirti
en el ms rpido no convencionales de tren en el mundo, marcando una
velocidad asombrosa de 361 mph. Tirando de esta hazaa increble, el
de tres automviles japons de levitacin magntica super al francs TGV
(Train Grande Vitesse) que se jacta de ser el tren ms rpido
convencional con la ms alta velocidad de 357.2 mph, con un margen
impresionante de 3.7 mph. Mientras que eso era una prueba de
funcionamiento, el tren maglev de Shanghai sin hueso como la
levitacin magntica de mayor xito en el mundo, cubre una distancia
de 19 millas en 7 minutos y 20 segundos con una velocidad mxima de
268 mph y una velocidad media de 160 mph. La velocidad que parece
imposible que los maglev se jactan de, insina el hecho de que hemos
recorrido un largo camino desde los motores de vapor a los trenes
tradicionales elegantes y sper rpidos. Pero es realmente una opcin
viable para ir a una red de levitacin magntica en pases como los
Estados Unidos? Mientras los expertos continan evaluando las
posibilidades de este concepto, hemos decidido ir a travs de
algunas de las ventajas y desventajas de los trenes de levitacin
magntica para llegar a una opinin sobre la viabilidad de este
concepto.La levitacin magntica plazo, que se utiliza para referirse
a este modo de transporte se deriva de levitacin magntica que pasa
a ser el principio bsico detrs de los trenes de levitacin magntica.
Estos trenes funcionan segn el principio de propulsin
electromagntica en donde los coches se suspenden, guiado e
impulsado el uso de imanes de gran alcance. El sistema de tren de
levitacin magntica tiene tres componentes importantes: la fuente de
energa, la pista conocida como la gua y los imanes gigantes que se
unen a los coches por pista. El carril est formado por bobinas
magnetizadas, que repelen a los imanes que se unen por debajo de
los coches, y los hace levitar alrededor de 0,39 a 3,93 pulgadas
por encima del carril. Cuando la potencia se enva a estas bobinas,
que resulta en la formacin de un nico campo magntico que a su vez,
mueve el maglev (Para ms detalles referirse a los trenes de
levitacin magntica: cmo funcionan). Por otra parte, estos trenes
recurrir a dos tipos diferentes de levitacin magntica suspensin
electrodinmica (EDS), en donde la fuerza de repulsin de los imanes
entre en juego, y la suspensin electromagntica (EMS), en donde la
fuerza de atraccin de los imanes est involucrado.Con esto llegamos
a la raz del problema, los pros y los contras del sistema de trenes
de levitacin magntica que deben ser tenidos en cuenta para
determinar si realmente es viable cuando se trata de los Estados
Unidos de Amrica. Bsicamente, las pistas de prctica ya estn en
marcha en diferentes partes del mundo y los Estados Unidos en una
excepcin. Ms importante an, el sistema de tren de levitacin
magntica ya ha saboreado el xito en varios pases, incluyendo Japn y
China. Sobre la base de la actuacin de maglev existentes que
incluye los que estn en servicio, as como las que estn en estudio,
hemos sido capaces de llegar a las siguientes ventajas y
desventajas de la misma.
Ventajas de los trenes magnticosLa ventaja principal de los
trenes maglev es el hecho de que no tienen partes mviles como
trenes convencionales hacer, como resultado de que el desgaste de
las piezas es mnima y que reduce el costo de mantenimiento del
sistema Maglev por un grado significativo . Ms importante an, no
hay contacto fsico entre el tren y la pista, como resultado de que
no hay resistencia a la rodadura. Mientras que la resistencia
electromagntica y la friccin del aire existen, que no obstaculice
la capacidad maglev con el reloj a una velocidad increble superior
a 200 mph con facilidad. La ausencia de las ruedas tambin se
presenta como una bendicin que usted no tiene que lidiar con un
ruido ensordecedor que es probable que vienen con ellos. Trenes
magnticos tambin se jactan de ser favorable al medio ambiente, como
ellos no recurren a los motores de combustin interna. Estos trenes
son la prueba del tiempo, lo que significa lluvia, nieve o fro
intenso realmente no perjudicar su rendimiento. Los expertos son de
la opinin de que estos trenes son mucho seguro que sus contrapartes
convencionales, ya que cuentan con sistemas de seguridad del
estado-del-arte, que puede mantener las cosas bajo control, incluso
cuando el tren circula a una velocidad alta.Desventajas de los
trenes magnticosMientras que las ventajas del sistema de tren de
levitacin magntica puede parecer bastante prometedor en s mismos,
no son suficientes para eclipsar sus desventajas. El mayor problema
con los trenes de levitacin magntica es el alto costo incurrido en
la configuracin inicial. Mientras que los trenes de alta velocidad
convencionales que se han introducido a finales de la obra bien en
las pistas que fueron destinados a los trenes lentos al principio,
los trenes de levitacin magntica requieren un conjunto totalmente
nuevo a la derecha del cero. A medida que la infraestructura
ferroviaria actual es de ninguna utilidad para el maglev, o bien
tendr que ser sustituido por el sistema de levitacin magntica o de
un conjunto totalmente nuevo de hasta tendr que ser creado ambos de
los cuales va a costar una buena cantidad en trminos de inversin
inicial. Aunque barato en comparacin con EDS, todava es caro en
comparacin con otros modos.Si las ventajas y desventajas de los
trenes de levitacin magntica se enfrentaron entre s, puede ser un
poco difcil llegar a una conclusin concreta. Si bien el alto costo
de la configuracin inicial es algo que un pas desarrollado como los
Estados Unidos no tendr que preocuparse por el hecho de que toda la
infraestructura tiene que ser reemplazado por uno nuevo ser algo
que tendrn los expertos en un situacin de Catch 22. Si somos
capaces de acabar con sus inconvenientes, los trenes de levitacin
magntica son, sin duda, vale la pena invertir. Si el xito comercial
de Shanghai Maglev tren debe ser tomada en consideracin, los trenes
maglev pueden ser seguramente considerado como el sistema de
transporte del futuro.COSTO DEL TEN MAGLEVPor qu no se construyen
todos los trenes as?El tren de levitacin magntica, o Maglev,utiliza
las fuerzas magnticas repulsivas y atractivas para propulsarse a
los largo de una va, eliminando as la friccin entre el tren y la va
al no existir las ruedas, lo que permite a este tipo de sistemas
alcanzar velocidades elevadas, ya que la nica oposicin es la que
presenta la resistencia del aire.
La mayor desventaja que presenta el sistema Maglev es su alto
costo. En China, el Maglev de Shanghi alcanz los 9,93 mil millones
de yuanes (US$1500 millones app), incluyendo los costos de
infraestructura, construccin, instalacin y capacitacin del
personal, pero para expandir el recorrido, los costos seran de 200
millones de yuanes(US$ 30 millones app) por km.EEUU, por su parte,
implement un tren Maglev entre Baltimore y Washington, gastando US$
4.361 mil millones en el tramo de 62 kms entre ambas ciudades. Esto
no inclua los 4.9 millones que se tuvo que pagar como indemnizacin
por impacto ambiental, ni los 53 mil millones que se han de pagar
por ao de funcionamiento.Tambin est el caso del Maglev lento
construido en Japn que apenas alcanza los 100 km/h pero tiene
contaminacin nula y no produce ruido. Su cost fue de unos US$100
millones por km.
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. Esta ltima relacin
se comprueba fsicamente como el equilibrio de fuerza magntica y
mecnica.
F=ma
F: son las fuerzas aplicadas al sistema, m es la masa del cuerpo
y a es la aceleracin el mismo. Las fuerzas que actan sobre el
sistema son: mg: Fuerza producida sobre la masa m del cuerpo debido
a la aceleracin del campo gravitatorio terrestre g. kv: Fuerza
originada por la friccion o rozamiento del cuerpo. F(y,i):fuerza
ejercida por las bobinas de los railes.
La sumatoria de fuerzas esta dada por la ecuacin
F=mgkv+F(y, i)==>mgkv+F(y, i) =ma
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.
-EMS: Suspensin electromagntica
En el caso del EMS, la parte inferior del tren queda por debajo
de una gua de material ferromagntico, que no posee magnetismo
permanente.
El sistema EMS usa electroimanes convencionales situados en los
extremos de un par de estructuras debajo del tren; las estructuras
envuelven por completo cada lado del carril gua. 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. Unos electroimanes encargados de la
gua lateral del vehculo sern colocados en los laterales del tren de
manera que quede garantizado su centrado en la va. Los imanes son
atrados hacia los rales de hierro laminado en el carril gua y
elevan el tren.
Sin embargo, este sistema es inestable; la distancia entre los
electroimanes y el carril gua, debe estar controlada y ajustada por
ordenador o computadora para evitar que el tren golpee el carril
gua. Otra de las limitaciones de este diseo es la enorme precisin
necesaria en su construccin, lo cual encarece su produccin.
-EDS: Suspensin Electrodinmica
Permite altas velocidades y altas cargas de peso .Usa la fuerza
de oposicin que se produce entre los imanes del vehculo y las
bandas o bobinas elctricas del carril gua para elevar el tren. Esta
aproximacin es estable, y no necesita un control y un ajuste
continuos; tambin se produce una distancia relativamente grande
entre el carril gua y el vehculo, por lo general entre 100 y 150
mm. Sin embargo, un sistema maglev EDS utiliza imanes
superconductores, mucho ms caros que los electroimanes
convencionales, y necesitan un sistema de refrigeracin con nitrgeno
que los mantenga a bajas temperaturas. Debe dotarse con ruedas para
los trayectos en los que se mueve a poca velocidad.
La levitacin EDS se basa en la propiedad de ciertos materiales
de rechazar cualquier campo magntico que intente penetrar en ellos
y evitando las lneas de campo magntico de manera que no pasen por
su interior, lo que provocar la elevacin del tren. Esta propiedad
se da en superconductores y es llamada Efecto Meissner, como se
explic con anterioridad. 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. 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.
Tanto el sistema EMS como el EDS utilizan una onda magntica que
se desplaza a lo largo del carril gua para proporcionar energa al
tren maglev mientras se encuentra suspendido sobre el ral.
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.
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:
As, 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.
La energa que se utiliza para levitacin y para la estabilizacin
o gua del vehculo se obtiene por medio de induccin magntica, es
decir, no se necesita energa adicional para la levitacin ni para la
estabilizacin. Las bobinas ubicadas en la pared de la pista, estn
configuradas como un ocho. De acuerdo con las leyes del
electromagnetismo para la generacin de voltajes, se crea un voltaje
cuando un conductor que est en movimiento est inmerso dentro de un
campo magntico, como se muestra en la siguiente ecuacin:
vel es la velocidad, B la densidad de campo magntico que
atraviesa el conductor y l la longitud del conductor inmerso en el
campo magntico.
Si el tren por alguna causa se hundiese en el carril-gua este
respondera con un aumento de la fuerza repulsiva, lo cual
equilibrara este acercamiento; en contraste con el sistema EMS en
el cual la fuerza atractiva aumenta si el vehculo se acerca a la
gua.
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, como se ve en la figura:
(Esquema de un motor lineal en un tren Maglev)
El principio bsico para los clculos de la fuerza del motor es la
ley de Lorente, la cual dice que la interaccin entre una corriente
y un campo magntico en un conductor genera una fuerza, como se
muestra a continuacin:
F es la fuerza que generar el movimiento del vehculo, i la
corriente del elemento sobre el cual se calcula la fuerza, l la
longitud del conductor inmersa dentro del campo y B la densidad de
campo magntico.
Gracias a la segunda ley de Newton se sabe que la sumatoria de
fuerzas en un sistema en determinado instante de tiempo es igual a
cero; este hecho est directamente relacionado con que se pueda
suponer el clculo de la fuerza en dos sentidos; uno en que el imn
produce la fuerza sobre el estator y otro en que el estator produce
una fuerza que hace mover el imn, o ms exactamente el vehculo.
En este caso se asumir que el campo generado por el estator, ,
generar la fuerza para que el vehculo se mueva.
La fuerza magntica y la fuerza mecnica que se opone se compara
instante a instante. La fuerza magntica induce aceleracin y a la
vez velocidad sobre el vehculo, y de esta manera un desplazamiento.
Si se repite este clculo en cada momento se tendr la ubicacin del
vehculo en cualquier instante de tiempo en funcin de los parmetros
fsicos que gobiernan el sistema, como se muestra en las ecuaciones
a continuacin.
Es importante entender que la posicin en que se presenta el
campo magntico mximo cambia en cada instante de tiempo, por lo que
cada determinado tiempo de muestreo se deben recalcular la nueva
posicin del campo y del vehculo. La velocidad con que se desplaza
el campo magntico est dada por:
En este caso vel es la velocidad, f la frecuencia que alimenta
el sistema trifsico , A es el espacio ocupado por tres ranuras y
tres dientes del ncleo, es decir una de las polaridades del campo
que se desplaza.
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, como muestra la figura:
(Propulsin de un tren Maglev)
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.
Una caracterstica importante de este sistema es que la energa
que mueve al tren no la provee el mismo tren, sino que esta es
provista 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 manera solamente estarn activos aquellos
tramos de la va por los que en ese momento est transitando el
tren.
(Suministro de energa a la va)
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.
Adems la velocidad que alcanzan los trenes maglev es muy
superior a la alcanzada por los trenes convencionales (inclusive
los trenes elctricos), llegando hasta 500 Km/h (hasta el momento) y
su consumo es de solamente un 40 % del combustible usado por un
automvil por pasajero y kilmetro, debido a la reduccin del
rozamiento con la va.
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.
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. Tambin
lo podemos utilizar para ayudar al motor de manera de no tener que
forzarlo demasiado.
(Mecanismo de frenado aerodinmico)
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 unos10 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.
El ltimo avance en tecnologa Maglev: La Inductrack.
La Inductrack es esencialmente un sistema EDS que, en vez de
materiales superconductores, utiliza imanes permanentes. Antes se
crea que los imanes permanentes proveeran una fuerza de levitacin
demasiado pequea como para ser til en cualquier diseo maglev. La
solucin encontrada por un equipo de investigacin fue emplear una
distribucin especial de poderosos imanes permanentes, conocida como
una ordenacin Halbach, para crear una fuerza de levitacin lo
suficientemente poderosa para hacer funcionar un maglev. En esta
ordenacin, barras magnticas con grandes campos son dispuestas de
manera que el campo magntico de cada barra est orientado en un
ngulo correcto con la barra adyacente. La combinacin de las lneas
de campo magntico de esta ordenacin resulta en un poderoso campo
debajo de esta y prcticamente ningn campo arriba.
(Ordenacin Halbach)
Como en el sistema EDS, la levitacin es generada por las fuerzas
repulsivas entre el campo magntico de los imanes en la ordenacin
Halbach y el campo magntico inducido en la va conductora por el
movimiento de los imanes (ya que estos ocupan el lugar de los
superconductores en el sistema EDS). La va Inductrack contendra dos
filas de bobinas que actuaran como rieles. Cada uno de estos
"rieles" estara rodeado por dos ordenaciones Halbach de imanes (las
cuales estaran ubicadas debajo del vehculo): una posicionada
directamente sobre el "riel" y la otra a lo largo del lado interior
del mismo.
Los imanes sobre las bobinas proveeran de levitacin al vehculo,
mientras que los imanes a los lados de las bobinas se encargaran
del guiado lateral. Como en el sistema EDS esta levitacin sera muy
estable, ya que las fuerzas de repulsin aumentan exponencialmente
al disminuir la distancia entre el vehculo y la gua. La Inductrack
posee una considerable ventaja en eficiencia sobre los otros
sistemas. Como resultado de utilizar imanes permanentes, la
levitacin en un tren Inductrack es independiente de cualquier
fuente de energa, en contraste con los complejos electroimanes en
el sistema EMS o los costosos equipos criognicos en el EDS. Por lo
tanto, los trenes Inductrack slo requeriran energa para propulsin y
las nicas prdidas seran la ocasionada por la friccin con el aire y
la ocasionada por la resistencia elctrica en los circuitos de
levitacin (bobinas).
Como los otros sistemas maglev, la propulsin sera provista por
un LSM.
Tendencias de futuro de levitacin magntica.
Coches Maglev: Algunos grupos de investigacin estn trabajando
arduamente en su desarrollo con el objetivo desarrollar los coches
de vuelo.
Ascensores Maglev: Japn tena previsto abrir en 2008 el primer
ascensor Maglev en Tokio. Tambin se habla en la actualidad de
ascensores espaciales, idea en pleno desarrollo en la NASA.
Lanzaderas Maglev: la NASA est trabajando en una lanzadera sobre
la base de Maglev para reducir el costo y los problemas de
lanzamiento de aeronaves espaciales. El proyecto se est llevando a
cabo en colaboracin con la Armada, que est interesada en facilitar
el lanzamiento de aviones.
(Prototipo de lanzadera Maglev)
Una pista operacional tendra unos 2400 metros de longitud y sera
capaz de acelerar al vehculo a unos 1000 Km/h en 9,5 segundos, el
que luego debera cambiar a motores a bordo para completar la salida
al espacio. La parte ms costosa de una misin a una rbita terrestre
baja son los primeros segundos, el despegue. La mayor parte de este
gasto se debe al peso del propergol, y como un vehculo maglev
utiliza electricidad para acelerarse, el peso de la nave espacial
al momento del despegue podra ser de hasta un 20% menos que en un
cohete normal. Adems este sistema es reutilizable, ya que la pista
que se usa para acelerar al vehculo se queda en el suelo. Otros
beneficios son que la electricidad no contamina y es mucho ms
barata. Cada lanzamiento realizado utilizando tecnologa maglev (con
vehculos a escala real) consumira cerca de 60 de electricidad en el
mercado actual. Un sistema maglev de este tipo no necesitara
(idealmente) ningn tipo de mantenimiento, ya que no hay partes
movibles y no existe contacto entre el vehculo y la pista. Tanto es
as que se espera que un sistema maglev funcione durante 30 aos.
Dentro de 20 aos esta tecnologa sera utilizada para poner vehculos
mucho ms grandes en rbita por slo cientos de euros por kilogramo,
un gran contraste con el valor actual de 4000 (cuatro mil euros)
por kilogramo. Pruebas con naves a escala se realizan en la
actualidad en la NASA.El Tren de Levitacin Magntica (Maglev) Una
solucin ecolgica?El tren de levitacin magntica, tambin conocido
tendencomo Maglev, es un sistema de transporte ferroviario donde el
tren levita sobre una va que est ayudada por campos magnticos, es
decir, utiliza una gran cantidad de imanes para la suspensin, la
gua y la propulsin del tren; todo esto a base del magnetismo.Los
trenes Maglev pueden viajar a altas velocidades, puesto que no
existe contacto fsico entre riel y tren, dando como resultado que
la nica friccin existente sea el aire; la forma aerodinmica del
tren supera esta friccin y el aire no afecta en su desplazamiento.
Las altas velocidades que consiguen los Maglev pueden llegar a
convertirlos en competidores potenciales del transporte areo. Sin
embargo, necesitan de un elevado consumo de energa para mantenerse
estables y para controlar la polaridad de los imanes, no obstante
su gran ventaja es su bajo nivel de contaminacin sonora (produce un
bajo nivel de ruido).El sistema comercial de Trenes Maglev est
desarrollado por la compaa alemana Transrapid International, esta
es una subdivisin de los grupos industriales Siemens y
Thyssenkrupp. Por ms que esta tecnologa lleve varios aos en
desarrollo, su alto costo de colocacin infraestructural ha limitado
enormemente su implantacin.Actualmente este sistema solo ha sido
instalado en Shanghi, China, corresponde a la lnea que une el
centro financiero de la ciudad con su aeropuerto internacional, un
tramo de 30 km. Diariamente transporta millares de pasajeros en tan
solo 7 minutos. La velocidad mxima que consigue el Maglev de
Shanghi es de 431 km/h y su velocidad media es de 250 km/h en todo
el trayecto.En la actualidad existen 3 tipos de tecnologa de
levitacin magntica:1.- Suspensin electromagntica (EMS): Permite
altas velocidades y genera campos magnticos poco peligrosos. Tiene
un alto coste de produccin y explotacin.2.- Suspensin
electrodinmica (EDS): Permite altas velocidades y colosales cargas
de peso. El campo magntico que genera es altamente perceptible
dentro y fuera del tren, esto imposibilita que personas con
marcapasos lo usen. Este sistema debe dotarse de ruedas para los
trayectos en los que se mueve a poca velocidad. El coste por
kilmetro es gigantesco.3.- 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.Existen proyectos de instalacin en Alemania,
Estados Unidos, Emiratos rabes Unidos, Holanda, e incluso un gran
proyecto para unir Londres y Glasgow (atravesando toda Gran
Bretaa); tambin, Venezuela y Brasil son los nicos pases
sudamericanos interesados en construir un tren Maglev pero ninguna
de estas propuestas se encuentra aprobada.Podemos identificar
varias ventajas en este sistema de transporte: es rpido,
silencioso, transporta masivamente, no utiliza combustibles fsiles
ni emite gases de efecto invernadero, es ms conveniente que los
sistemas de transportes convencionalesComo inconvenientes destaca
su elevado costo de instalacin infraestructural: las vas y el
sistema elctrico; adems, para construir un tren Maglev es
demandante un gran estudio tcnico del terreno, sus suelos y
ecosistemas. Esto ltimo unido al alto consumo energtico que demanda
el tren, representan un gran problema porque al construirlo se
destruye o interfiere masiva y directamente en el ecosistema,
causando la muerte de varias especies de flora y fauna del
lugar.Con todo lo analizado anteriormente, creen que el Tren Maglev
es una alternativa ecolgica? La respuesta est en cada uno de
nosotros.La tecnologa de levitacin magntica o Maglev podra llegar a
Espaa si prospera finalmente un proyecto presentado por el grupo
ACS a las autoridades de Sevilla y Andaluca. La nueva lnea
ferroviaria de avanzada unira Cartuja y la Avenida Blas Infante en
Sevilla, logrando de esta manera habilitar una mayor cantidad de
canales de comunicacin entre el ejido urbano de la capital de
Andaluca y el Parque Cientfico y Tecnolgico Cartuja. El nuevo tren
de levitacin magntica funcionara sobre una red ferroviaria con una
extensin de 6 kilmetros, mientras que las obras tendran un costo
aproximado de 165 millones de euros. Al mismo tiempo, los trabajos
se ejecutaran en un perodo de 18 meses luego de iniciado el
proyecto. Sin dudas, este proyecto pionero solucionara un buen
nmero de los problemas de trfico existentes en la Cartuja, adems de
ubicar a Sevilla y a Andaluca a la vanguardia tecnolgica
ferroviaria en Europa. Esta informacin es recogida en un reciente
artculo de El CorreoWeb, como as tambin en una nota aparecida en
mayo pasado en Abc de Sevilla. La instalacin del tren de levitacin
magntica que conectara a la Cartuja con Blas Infante se
desarrollara a travs del muro de defensa, segn indic el propio
grupo ACS. La tecnologa de levitacin magntica o Maglev es la opcin
ms avanzada conocida hasta el momento en trenes de alta velocidad,
y solamente se encuentra en funcionamiento en la actualidad en
Shangai, China.A la vanguardia en Europa A travs de este tipo de
tecnologa, el tren levita mediante un flujo magntico que eleva unos
milmetros a las unidades y las hace avanzar sin tocar la superficie
de las redes. En Espaa, el Grupo ACS ha desarrollado esta tecnologa
a travs de su filial Cobra, y se ha presentado para ponerla en
marcha en Sevilla, con el propsito extra de lograr su homologacin
por parte de las autoridades europeas. El proyecto piloto ya ha
sido presentado al Crculo de Empresarios de Cartuja 93, a la
direccin del Parque Cientfico y Tecnolgico Cartuja, al Ayuntamiento
de Sevilla y a la Junta de Andaluca. El tren de levitacin magntica
iniciara su recorrido en el actual parador del AVE en la Cartuja,
culminando el trayecto de seis kilmetros en la Avenida Blas
Infante, en Los Remedios, Sevilla. El objetivo del Grupo ACS es
tomar a su cargo tanto la edificacin como la posterior gestin de
esta nueva lnea ferroviaria, aunque lgicamente debe negociar estos
puntos con las administraciones pblicas de Sevilla y Andaluca. Sin
embargo, la mayora de los actores implicados ha manifestado su
inters, por lo menos en primer trmino. Por otro lado, ACS
incorporara en la nueva estructura tecnologa desarrollada en el
propio parque cientfico y tecnolgico sevillano, algo que sera de
mucha utilidad para ambas partes. Asimismo, el material rodante se
podra construir ntegramente en Andaluca, concretamente en las
instalaciones de CAF-Santana en Linares.3 Conclusiones La levitacin
magntica como vimos anteriormente es muy importante en la
actualidad, siendo muy utilizada en la industria para mejorar
sistemas de transporte y dems, esta se basa de principios elctricos
fundamentales como la corriente elctrica, el magnetismo,
electroimanes y otros, mostrndonos que la los fundamentos de la
fsica se aplican en la gran mayora de los objetos, maquinas e
industrias que tenemos a nuestro alrededor. La relacin entre
magnetismo, corriente elctrica, electroimanes y dems, nos
demuestran que son temas bsicos para la implementacin de mejoras y
nuevas tecnologas, que sern mucho ms eficientes, estables y
atractivas para nosotros. Los materiales y el trabajo para este
tipo de nuevas tecnologas tambin demuestran que son muy amigables
con el planeta, ya que no desechan txicos y se minimiza al mximo el
uso de materiales que puedan daar nuestro medio ambiente. El
estudio de la superconductividad es de gran agrado para aquellos
que quieren obtener buenos resultados con respecto al paso de
corrientes elctricas con poca resistencia o sin ningn tipo de esta.
Una de las pocas desventajas de este proceso es el costo tan
elevado, por esto el desarrollo de esta tecnologa no avanza tan
rpido como otras, los materiales, mano de obra y materias primas
aun son de un gran valor comercial, una de las causas de que este
no se halla propagado por todo el mundo aun. Es un medio de
transporte muy eficaz e innovador el cual facilita el traslado
rpido y el ahorro de tiempo. Pero se deben superar obstculos, entre
ellos la influencia que los poderosos campos magnticos generados
tienen en los dispositivos electrnicos, en los discos rgidos de las
computadoras porttiles y en las personas que utilizan
marcapasos.Hoy 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 carril (algunos de estos trenes van
a 1 cm por encima de la va y otros pueden levitar hasta 15 cm) e
impulsarse a lo largo de un carril-gua. 4 Recomendaciones En el
aplicativo en s, apenas el pas empiece con su funcionamiento de las
nuevas centrales hidroelctricas en vez de exportar como piensa
hacer el mandatario se podra aplicar la electricidad adquirida en
el megaproyecto del tren de levitacin en donde de a poco lo
invertido fuera de ser tanto una entrada de sustento para el pas
sera un derecho ya que la comodidad y ahorro del tiempo no tiene
que negarse, pero analizando a su vez generara gran cantidad de
nuevos puestos de trabajo de todas las reas y no dependeramos
nicamente de los extranjeros. 5 Bibliografia
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/electrodinamica/ap09_electromagnetismo.php
http://www.cienciapopular.com/n/Ciencia/Superconductividad/Superconductividad.php
http://www.550m.com/usuarios/diarioaccion/enlaces/detodo1.htm