Levitacin Magntica

INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ

Levitacin Magntica2013Herbert Daniel Marn CarcaoMaquinas Elctricas 23/04/2013

INDICE1. Resumen........32. Motor Lineal 2.1. Generalidades.42.2. Constitucin .42.3. Funcionamiento .42.4. Comportamiento en servicios52.5. Tipos de motores lineales..52.5.1. Motor lineal asincrnico..52.5.1.1. Motor lineal de entrehierro plano2.5.1.1.1. Parmetros principales 62.5.1.1.2. Velocidad .62.5.1.1.3. Fuerza82.5.1.1.4. Construccin del inductor...82.5.1.1.4.1. Eleccin del arrollamiento inductor .82.5.1.1.5. Eleccin de la naturaleza del inducido92.5.1.1.5.1. Inducido con hierro92.5.1.1.5.2. Inducido sin hierro112.5.1.1.6. Disposicin general y constitucin113. Levitacin Magntica 3.1. Generalidades .133.2. Efecto Meisser133.3. Trenes Maglev..143.4. Sistema de Funcionamiento del Trenes Maglev..143.4.1. Principio de Levitacin Magntica.143.4.1.1. Suspensin Electromagntica..153.4.1.2. Suspensin Electrodinmica ..163.4.2. Principio Gua Lateral.173.4.3. Principio de Propulsin .183.4.3.1. Motor Lineal Sncrono.193.4.4. Mecanismo de Frenado...203.5. Ventajas de un Tren Maglev213.6. Desventajas de un Tren Maglev..214. Bibliografa..22

RESUMEN

La base fundamental de un dispositivo de transporte que utilice la levitacin magntica es aumentar la eficiencia del sistema. Por esto se suprime la friccin, con lo que solo se requiera energa para hacer que el vehculo se siga moviendo despus del impulso inicial. La nica fuerza que se tiene que vencer es la friccin entre el aire y el vehculo. Al mismo tiempo que se mejora la eficiencia se aumenta la velocidad mxima, la cual depende de factores tales como: la aerodinmica, piezas mecnicas, piezas mviles, de tal manera se reducen gastos por mantenimiento debido a que no hay segmentos ni partes en movimiento. El principio elemental de la maquina es un conjunto de voltajes trifsicos que genera corrientes igualmente trifsicas sobre los devanados del estator; a su vez generan campos magnticos, los cuales sumados y observados en el tiempo se comportan como lo hace un conjunto de polos magnticos fijos que se desplazan a lo largo del estator.

MOTOR LINEALGeneralidades:Es unmotor elctricoque posee suestatory surotor"distribuidos" de forma tal que en vez de producir untorque(rotacin) produce unafuerzalineal en el sentido de su longitud.Para poder comprender el funcionamiento del motor lineal imaginemos el estator de un motor trifsico cortado por un plano diametral y desarrollado sobre un plano. Si el devanado trifsico as extendido en el plano se alimenta con corriente trifsica, los polos se mueven siempre en el mismo sentido, por ejemplo de derecha a izquierda. As pues, en lugar de un campo magntico rotativo se tiene un campo magntico que se mueve en lnea recta.En el motor lineal el campo magntico se mueve en lnea recta.Constitucin:En el motor lineal, la parte correspondiente al estator de los motores trifsico se llama inductor (Fig. 218/1) y consta de un paquete de chapas en forma de peine, en cuyas ranuras van colocado un devanado trifsico. Se puede emplear dos inductores situados uno encima de otro (Fig. 218/1) o solo uno. La parte que, en el motor lineal, corresponde al rotor en cortocircuito se llama inducido; est situado entre los dos inductores y formado por un material conductor macizo, por ejemplo aluminio. Empleando un inducido de material magntico, por ejemplo acero, se puede eliminar uno de los dos inductores, pues las lneas de campo vuelven, a travs del acero, al prximo polo del inductor. El inducido de acero puede recubrirse tambin con un material conductor, por ejemplo aluminio.Funcionamiento:La corriente trifasica que circula por el devanado trifasico del inductor origina un campo magntico que se mueve en linea recta, el cual origina a su vez fuertes corrientes parsitas en el inducido. Segn la regla de Lenz, el sentido de stas es tal, que frenan el movimiento del campo magntico.En el motor lineal, el campo movil del inductor y las corrientes parsitas en el inducido dan lugar a una fuerza en a direccion de dicho campo movil.Si el inductor es fijo y el inducido movil, como por ejemplo en el transporte de chapas, el inducido se mueve arrastrado por el campo mvil. Y por el contario, el inductor es movil y el inducido fijo, como en el casa del accionamiento de un carro de gra, el inductor se mueve en sentido contrario a su propio campo mvil. Cualquiera de los dos elementos de un motor lineal, segn sea fijo o mvil, puede actuar como estator o como rotor.El motor lineal, el inductor puede actuar como estator o como rotor.Comportamiento en servicio:En el motor lineal, el entrehierro es mayor que en un motor en cortocircuito; adems, la resistencia del inducido del motor lineal es mayor que la resistencia rotrica. En consecuencia, su caractersticas fuerza.velocidad es ms plana que la curva par motor-velocidad de giro del motor asincrono correspondiente (Fig. 218/2). Por lo tanto, en carga, la velocidad del motor lineal disminuye rapidamente. Su arranque es suave, siendo la fueza desarrollada por el mismo mxima en dicho arranque, es decir a la velocidad cero.El motor lineal dearrolla la mxima fuerza al arrancar y se comporta elsticamente al ser cargado.En servicio, la velocidad se mantiene bastante inferior a la del campo movil; el deslizamiento vale generalmente mas de 50%. Los motores lineales se emplean por ejemplo como accionamiento para el transporte de materiales, para cintas de transporte y de clasificacion para el accionamiento de puertas y de grandes discos. Se ensaya actualmente su empleo para trenes rpidas.Tipos de motores lineales:La analoga que existe entre los motores rotantes y los motores lineales conduce obviamente a concebir las mismas familias de motores las cuales son:- los motores de corriente continua,- los motores sincrnicos- los motores asincrnicos La dificultad causada por los contactos rozantes, conducen a preferir en la mayora de los casos el motor lineal del tipo asincrnico.Motor lineal asincrnico:Consideraremos las soluciones previstas para la realizacin tanto del inductor como del inducido con referencia particular a la eleccin del tipo de bobinado y del nmero de fases. El motor lineal de induccin puede derivarse de un motor de induccin normal, cortndolo axialmente y considerando un sector plano del estator (o primario) y del rotor (o secundario), como si fuera motor asincrnico cuyo rotor tiene un radio infinito, por lo cual el movimiento del campo magntico, siendo rotante con radio infinito, se transforma en lineal. El campo magntico rotante se transforma en consecuencia en un campo magntico de translacin, y en lugar de un par electromagntico se tiene una fuerza o empuje electromagntico.

Con el motor lineal, que representa, como se explicar a continuacin, una verdadera cremallera magntica, se puede obtener propulsin directa sin ningn vnculo mecnico. Los inducidos se clasifican en: inducidos con hierro (que da una fuerza de atraccin entre el inductor e inducido) y sin hierro (que reacciona con el inductor solo por los efectos electrodinmicos). Adems se puede hacer otra clasificacin segn la forma del entrehierro. Los motores lineales pueden ser de entrehierro plano cuya aplicacin es el transporte y los de campo arrollado o (tubulares) que se desarrollan como mquinas de accionamiento de cortos recorridos (no se usa en transporte por el costo). Tambin se puede emplear el motor lineal como accionamiento de metal fundido pero con un rendimiento muy bajo. Motor lineal de entrehierro plano:Parmetros principales: Los parmetros principales de un motor asincrnico lineal son:- la velocidad- la fuerza en rgimen nominal- la construccin mecnica del inductor y del inducido.(esto define muchas caractersticas del motor) - la variacin de la fuerza en funcin de la velocidad.

Velocidad: A pesar de la analoga existente entre el motor asincrnico rotante y el motor lineal, existe una diferencia entre estos dos tipos de motor. Mientras en el motor rotante la velocidad sincrnica angular esta dada por la frecuencia y por el nmero de polos, en el motor lineal la velocidad sincrnica lineal est determinada por el paso polar y por la frecuencia: donde:Vs = 2 Pp fVs = velocidad sincrnica en metros por segundo Pp = paso polar en metrosf = frecuencia de alimentacin.

Por consiguiente el nmero de polos no interviene en la determinacin de la velocidad y es por lo tanto de libre eleccin. La velocidad lineal podr tener un valor cualquiera pero a cada velocidad corresponder una ejecucin especial del circuito magntico.(longitud del paso polar).Aunque el nmero de polos no intervenga en la velocidad sincrnica del mvil, interesa elegir ese nmero lo mas alto posible para disminuir la importancia relativa de las prdidas suplementarias en el extremo del circuito. El clculo y la experiencia indican que a partir de un nmero de polos igual a ocho, estas prdidas se vuelven aceptables para motores de media y baja potencia. La longitud mnima del motor ser por lo tanto:

Para velocidades elevadas (superiores a los 20 m/seg.) la longitud del motor se hace importante y a veces prohibitiva. Ser bastante ventajoso aumentar la frecuencia de alimentacin para mantener las dimensiones mecnicas compatibles con los rganos a traccionar, sobretodo si la instalacin comprende varios motores.Para velocidades bajas (inferior a 2 m/seg.) se podr elegir libremente el nmero de polos lo suficientemente elevado para asegurar el rendimiento; en la reduccin de la velocidad (a partir de los 2 m/seg.) aparece la dificultad tecnolgica de la fabricacin (particularmente por los laminados y por los bobinados). Para evitar estos inconvenientes se podr recurrir a una alimentacin a frecuencia distinta de la de la red (frecuencia inferior).

Una ejecucin particular del motor lineal es aquella en que su velocidad sincrnica vara durante el recorrido. Para esta ejecucin se debe realizar un paso polar variable para obtener una aceleracin o desaceleracin continua del mvil. En estos casos tambin es posible usar frecuencia variable. Tambin es posible la construccin de un motor rotante en el cual la velocidad es independiente del nmero de polos. Con este objetivo se utiliza un rotor de construccin apropiada y se lo conecta a un excitador parcial como el de un motor lineal. (fig. 2) Este tipo de mquina tiene una potencia relativamente dbil en relacin a su masa y su empleo es interesante solamente para pequeas potencias cuando se pretende evitar las reducciones mecnicas o no se puede tener acceso al eje fsico de la rueda a impulsar.

Fuerza: La fuerza es para una induccin dada, proporcional a la superficie del mvil en el campo. Una vez definida la longitud del inductor queda por elegir el ancho activo para obtener la fuerza. Esta eleccin depende de la caracterstica de la fuerza en funcin de la velocidad, aunque la naturaleza del inducido podr tener tambin una influencia determinante.

Construccin del inductor:

Al tratarse de una mquina de corriente alterna el ncleo magntico del inductor se construye con chapas magnticas.

El modo de asentamiento y los elementos que constituyen el soporte del inductor, varan segn el tipo de arrollamiento y segn los problemas que interesa resolver.

Eleccin del arrollamiento inductor: La eleccin del arrollamiento depende del dimensionamiento geomtrico del inductor. El arrollamiento clsico utilizado en los motores asincrnicos (fig. 3) presenta un inconveniente importante.

En efecto las dimensiones de las cabezas de bobina crece rpidamente con el paso polar y por lo tanto con la velocidad. En consecuencia la dispersin y las prdidas por efecto Joule aumentan.

El arrollamiento en anillo (fig. 4) permite reducir en un modo muy apreciable la longitud total del conductor pero aumenta la altura del inductor.

Eleccin de la naturaleza del inducido:

Los distintos tipos de inducidos se pueden clasificar en dos categoras que reaccionan en forma distinta con el inductor:

1. los mviles con hierro que dan una fuerza de atraccin magntica entre inductor e inducido;2. los mviles sin hierro que reaccionan con el inductor solamente por los efectos electrodinmicos.

En cada uno de estos dos tipos se encuentra diversas clases de mviles y muchas estructuras de motores lineales.

Inducido con hierro:

A esta clase pertenecen tres tipos de inducidos con diversas caractersticas, particularmente desde el punto de vista de la fuerza magntica entre inductor e inducido y de la traccin en funcin de la velocidad.

Estos son:1. inducidos totalmente en hierro, magnticamente isotrpicos;2. inducidos mixtos construidos en un conjunto de dos partes isotrpicas, de las cuales una es magntica y la otra conductora;3. inducidos tipo jaula (o bien tipo escalera) donde las barras conductoras estn dispuestas en un paquete de laminado magntico en una disposicin anloga a la jaula de ardilla" en un motor rotante.Con los inducidos mencionados es posible recurrir a un solo inductor. En esta ejecucin aparece una fuerza magntica unilateral de atraccin no compensada entre el inductor y el inducido, que requerir la presencia de un robusto dispositivo de gua para evitar rozamientos. Esta fuerza es variable en funcin de la naturaleza del inducido mas que del valor del entrehierro.

La atraccin magntica es mas dbil con inducido mixto porque el entrehierro magntico ser en tal caso mayor que en los otros tipos de inducido, ya que el mismo comprende el espesor de la plancha conductora.

Los valores de relacin entre atraccin magntica y fuerza mxima para los distintos tipos de inducido, se indican en funcin del entrehierro y de las caractersticas de los mismos en la fig 5.

En primera instancia esta fuerza de atraccin puede parecer perjudicial, pero a veces puede ser utilizada, por ejemplo para aumentar la adherencia.

figura 6 -. a)doble inductor b)doble inducidoCon una estructura que presenta dos inductores a un lado y al otro del inducido o tambin con un solo inductor y dos inducidos, las fuerzas de atraccin se compensan, siempre y cuando el sistema sea rigurosamente simtrico. (fig. 6) La fuerza diferencial ser ms dbil que la atraccin unilateral.

Inducido sin hierro:

Estos inducidos estn formados por un conductor istropo no magntico como por ejemplo el cobre, el aluminio o cualquier conductor no magntico.

La estructura del motor ser de dos inductores o sino de un inductor y un yugo de cierre del flujo.( fig 7)

Entre el inductor y el inducido no habr fuerza magntica, solamente aparecern lo esfuerzos electrodinmicos de repulsin. En cambio aparecer un atraccin magntica entre los inductores lo que implicara la necesidad de recurrir a un montaje mecnico particularmente slido, para conservar a los inductores paralelos y a su distancia.

Disposicin general y constitucin:

El motor lineal puede ser:

a) de inductor largo con inducido corto (vlido en general para aplicaciones que requieren pequeos desplazamientos y aceleraciones importantes)b) de inductor corto con inducido largo (para movimientos de gran amplitud).

En cualquiera de estos casos se pueden colocar inducido e inductor de distintas formas segn la naturaleza del inducido, del arrollamiento del inductor, del espacio disponible y del movimiento a realizar.

figura 11. Distintos tipos de montajes de inductor e inducido

Con el inducido en hierro, se pueden colocar: un inductor y un inducido contrapuestos cara a cara, dos inductores con un solo inducido, o tambin un solo inductor y dos inducidos.La figura 11 muestra los distintos tipos de montaje de los elementos inductor e inducido.La forma constructiva de un motor lineal es muy diversa y depender fundamentalmente de la aplicacin del motor. Los factores a tener en cuenta en el diseo de un motor lineal son:

1) el movimiento a realizar:- si es pequeo o de gran amplitud;- si existe inversin o movimiento continuo;- si es rotante o rectilneo;2) la longitud a equipar, a fin de determinar el costo mnimo de primario y secundario segn la importancia del desplazamiento;3) el espacio disponible en alto ancho y largo;4) el rgano a comandar (si se puede por ejemplo integrar el inducido en este ltimo);5) la prestacin: velocidad, aceleracin, traccin mnima, variacin admisible de la velocidad para una variacin de carga, inercia a impulsar o frenar;6) el ciclo de funcionamiento: factor de funcionamiento, nmero horario de impulsin o inversin.

LEVITACION MAGNETICA

Generalidades:

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.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. Japn y China tienen los trenes Maglev comerciales en uso en este momento. 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. Son posibles, tericamente alcanzar velocidades de 480 Km/h y la levitacin de presenta entre los 32 y 95 Km/h.Nos centraremos en el uso de la levitacin magntica en los trenes MaglevSistemas de Funcionamiento de los trenes Maglev:

A continuacin se exponen los 4 principios bsicos por los cuales funciona el tren Maglev: 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. 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 friccin o rozamiento del cuerpo.F(y, i) : Fuerza ejercida por las bobinas de los rales.

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 electroimanesconvencionales 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.

2.- Principio de Gua lateral:Los maglev necesitan, adems del sistema de levitacion magnetica un sistema de gua lateral que asegure que el vehiculo no roce el carril gua como consecuencia de perturbaciones externas que puedan sufrir.En las suspenciones 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 levitacion estan conectadas por debajo del carril-gua formando un lazo:

(principio de gua lateral)As cuando el vehculo se desplaze lateralmente, una corriente elctrica es inducida en el lazo, lo que da como resultado una fuerza repulsiva del lado mas cercano a las bobinas de levitacin, abligando al vehculo a centrarse.La energia que se utiliza para levitacion y para la estabilidad 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 estn en movimiento est inmerso dentro de un campo magntico, como se muestra en la siguiente ecuacin: ind= - (vel x B) lVel= es la velocidad, B= la densidad de campo magntico que atraviesa el conductorL= 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.

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, 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= i( l x B)[N]

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.Fmag (K)=Fmag(K)D(KT)=Fmag(K)/mEs 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:

Vel= 2 * f * A

En este caso vel es la velocidad, f la freuencia que alimenta el sistema trifasico, A es el espacio ocupado por 3 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 utilizacomo 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 trves 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 estar activos aquellos tramos de la va por los que en ese momento est transitando el tren.

(suministro de enega 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.

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.

4.- Mecanismo de Frenado:

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.

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.

Ventajas de un tren Maglev:

La 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 un tren Maglev:

Mientras 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.

BIBLIOGRAFIA

Libro: Principios de la electronicaAutor: Adolf SennerEditorial Reverte S.A.

Libro: maquinas electricas y transformadoresAutor: Irving L. KosowEditorial Pearson Prentice Hall

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