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5/20/2018 mi parte-1.docx

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Resumen

En el siguiente informe se planea dar cuenta de una de las aplicaciones que tiene los campos

magnticos en los dispositivos que se encuentran hoy en da en la vida cotidiana. Inicialmente

se encuentra que existen maquinas que generan campos magnticos como una bobina

electromagntica. Esta bobina electromagntica funciona si se tiene en cuenta que al circular

una corriente sobre el cobre del cable se genera un campo magntico. Esta bobina

electromagntica tiene una parte de aplicacin como un motor lineal sncrono y este a su vez

tiene aplicacin sobre los trenes de levitacin magntica.

Abstract

The following report is planned to account for one of the applications that have magnetic

fields in devices that are today in everyday life. Initially you will find that there are machines

that generate magnetic fields as an electromagnetic coil. This electromagnetic coil works if you

consider that the circular current on the copper wire, a magnetic field is generated. Thiselectromagnetic coil has an application as part of a synchronous linear motor and this in turn

has application to magnetic levitation trains.

Introduccin

Los avances tecnolgicos en el ltimo siglo fueron posibles gracias al avance de la ciencia en

los ltimos tiempos. El hombre se ha encargado desde la antigedad estudiar los fenmenos

que lo rodean y trata de dar sentido al mundo del cual todos hacemos parte. Entre estos

fenmenos existe el llamado fenmeno del magnetismo. El magnetismo se puede decir a

grandes rasgos que es un fenmeno por el cual los objetos ejercen fuerzas de atraccin o

repulsin sobre otros materiales. Dentro de estos materiales existen los del nquel, hierro,

cobalto y sus aleaciones que comnmente se llaman imanes. Y adems de esto existen

diversos artefactos que se encargan de generar campos magnticos los cuales son generados

por los imanes. Entre los dispositivos que generan un campo magntico se encuentra la bobina

electromagntica que bsicamente funciona cuando una corriente elctrica se circula por ella y

se genera un campo magntico y a la inversa si se hace que un campo magntico se mueva a

travs de la bobina se genera en ella una tensin elctrica y pues bajo estos dos efectos

existen diversas aplicaciones. Como un motor lineal. El cual bajo el mismo principio de

funcionamiento que un motor convencional genera un movimiento lineal mediante el campo

magntico producido por bobinas colocadas linealmente. Existen diferentes tipos de motor

lineal como el motor sincrnico. En este diseo de motor lineal se controla la velocidad de

desplazamiento del campo magntico con el uso de dispositivos electrnicos para regular el

movimiento del rotor. Debido a asuntos econmicos los motores sincrnicos lineales casi

nunca utilizan conmutadoras por lo que el rotor contiene imanes permanentes. Ejemplos de

aplicacin de los motores lineal sncronos son los que se usan en los maglev.

Los maglev o el transporte de levitacin magntica es un sistema de transporte que incluye la

suspensin, gua y propulsin de vehculos, principalmente trenes utilizando una gran cantidad

de imanes para la sustentacin y movimiento a base de levitacin magntica. Los trenes de


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levitacin magntica son muy interesantes dado la velocidad que pueden manejar al tener

friccin solo con el aire por estar suspendidos en una especie de colchn magntico. Aunque

existen estudios referentes a los trenes para hacerlos ms viables econmicamente. Y as se

encuentra una interesante aplicacin de los motores lineales teniendo en cuenta que los

motores funcionan a base de magnetismo.

RESULTADOS

La figura 1 ilustra la diferencia entre el tren convencional y el tren de levitacin

magntica. Mientras que el tren convencional utiliza un motor rotativo para la

propulsin y depende del ferrocarril para orientacin y apoyo, el tren de levitacin

magntica consigue fuerza de propulsin de un motor lineal y utiliza electroimanes

para orientacin y apoyo. A continuacin detallaremos los diferentes elementos parala propulsin, orientacin y apoyo.


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Levitacin

Por lo general, hay tres tipos de tecnologas de levitacin: la suspensin

electromagntica; la suspensin electrodinmica, y la suspensin

electromagntica hbrida.

1) Suspensin electromagntica (EMS): La levitacin se lleva a cabo en base a la fuerza

de atraccin magntica entre un carril-gua y electroimanes, como se muestra en la

figura 2. Esta metodologa es inherentemente inestable debido a la caracterstica del

circuito magntico. Por lo tanto, un control preciso del entrehierro es indispensable

para mantener el espacio del aire uniforme. La suspensin electromagntica se utiliza

generalmente en pequeos espacios de aire como 10 mm, ya que la velocidad se hace

ms alta. Sin embargo, el EMS es ms fcil que EDS tcnicamente y es capaz de levitar

por s mismo en cero o bajas velocidades (es imposible con el tipo EDS).

Fig. 2. Electromagnetic suspension. (a) Levitation and guidance integrated. (b)

Levitation and guidance separated.


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En el EMS, hay dos tipos de tecnologas de levitacin: la levitacin y la orientacin de

tipo integrado como UTM coreano y japons HSST y la levitacin y orientacin

separados como Transrapid alemn. Este ltimo es favorable para la operacin de alta

velocidad porque la levitacin y la orientacin no interfieren entre s, pero el nmero

de controladores aumenta. El primero es favorable para la operacin de bajo costo y

de baja velocidad porque el nmero de electroimanes y controladores

se reduce y la fuerza de gua se genera automticamente por la diferencia de

resistencia. La calificacin de suministro de energa elctrica del tipo integrado es ms

pequea que la del tipo separado, pero a medida que aumenta la velocidad, la

interferencia entre la levitacin y de orientacin aumenta y es difcil controlar la

levitacin y orientacin simultneamente en el tipo integrado.

En general, la tecnologa EMS emplea el uso de electroimanes pero hoy en da, hay

varios informes en la cual han utilizado la superconductividad, que se utiliza por lo

general para la tecnologa EDS. Desarrollo del superconductor de alta temperatura

crea un campo magntico, es econmica y fuerte en comparacin con los

electroimanes convencionales a pesar de que tiene algunos problemas, tales como conel sistema de refrigeracin.

Suspensin electrodinmica (EDS): Mientras que el EMS utiliza fuerza de atraccin, el

EDS utiliza la fuerza de repulsin de la levitacin. Cuando los imanes unidos en el

bordo se mueven hacia adelante en las bobinas inductoras o lminas conductoras

situadas en el carril-gua, las corrientes inducidas fluyen a travs de las bobinas u hojas

y generan el campo magntico como se muestra en la figura 3. La fuerza de repulsin

entre este campo magntico y los imanes producen que levite el vehculo. EDS es tan

estable magnticamente que no es necesario para controlar el espacio de aire, que esde alrededor de 100 mm, y as es muy fiable para la variacin de la carga. Por lo tanto,

EDS es altamente conveniente para la operacin de alta velocidad y de mercancas.

Por los imanes, esta EDS se puede dividir en dos tipos, tales como el imn permanente

(PM) y el imn superconductor (SCM).

Fig. 3. Electrodynamic suspension. (a) Using permanent magnets. (b) Using

superconducting magnets.


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Suspensin Electromagntica hbrida(HEMS): Con el fin de reducir el consumo de

energa elctrica en el EMS, los imanes permanentes se utilizan en parte con

electroimanes como se ilustra en la figura 4. En un cierto espacio de aire en estado

estacionario, el campo magntico de la PM es capaz de soportar el vehculo por s

mismo y la energa elctrica para los electroimanes que controlan el espacio de aire

puede ser casi cero. Sin embargo, HEMS requiere una variacin mucho mayor de la

amplitud de la corriente en comparacin con el EMS desde el punto de vista de los

electroimanes porque la PM tiene la misma permeabilidad que el aire.

Fig. 4. Hybrid electromagnetic suspension.

Propulsin

El tren de levitacin magntica recibe su fuerza de propulsin de un motor lineal, que

es diferente de un motor rotativo convencional; que no utiliza el acoplamiento

mecnico para el movimiento rectilneo. Por lo tanto, su estructura es simple y robusta

en comparacin con el motor rotativo. La figura 5 muestra el concepto del motor lineal

derivado del motor rotativo. Se trata de un motor rotativo convencional cuyo estator,

el rotor y los devanados han sido cortados abierto, aplanado, y colocado en el carril-

gua. A pesar de que el principio de funcionamiento es exactamente el mismo que el

motor rotativo, el motor lineal tiene una longitud finita de una parte primaria osecundaria y causa "efecto fin". Adems, el gran espacio de aire disminuye la

eficiencia.

Sin embargo, el motor lineal es superior al motor rotativo en el caso de movimientorectilneo, debido a la cantidad menos significativa de la vibracin y el ruido que se


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generan directamente desde el contacto mecnico de los componentes tales como el

tornillo, cadena, y la caja de cambios.

1) Motor de induccin lineal (LIM): El principio de funcionamiento del LIM es idntico

al motor de induccin. Ah campos magnticos variantes en el espacio-tiempo que son

generados por la parte primaria a travs del entrehierro e inducen la fuerza

electromotriz (FEM) en la parte secundaria, una lmina conductora. Este FEM genera

las corrientes de Foucault, que interactan con el flujo en el entrehierro y as producen

la fuerza de empuje conocida como fuerza de Lorentz. Hay dos tipos de la siguiente

manera. 1) Tipo de primaria a corto plazo (SP): las bobinas del estator se encuentran

en el bordo y las lminas conductoras estn en la gua. 2) Tipo largo primario (LP):

bobinas del estator estn en las hojas de los carriles-gua y los conductores se

encuentran en el bordo, como se muestra en la figura 6. Para el tipo LP, el costo de

construccin es mucho ms alto que la de tipo SP pero no necesita ningn colector de

corriente para funcionar.

2) Motor lineal sincrnico (LSM): A diferencia del LIM, el LSM tiene una fuente

magntica dentro de s mismo, como se muestra en la figura 7. La interaccin entre lascorrientes de campo y del inducido magntico produce la fuerza de empuje. La

velocidad es controlada por la frecuencia del controlador. De acuerdo a la ubicacin de

campo, hay dos tipos equivalentes a la LIM (LP y tipo SP). Adems, hay otros dos tipos

de acuerdo con el campo magntico. Uno de ellos utiliza los electroimanes con ncleo

de hierro (Transrapid alemn) y el otro utiliza los imanes superconductores con ncleo

de aire (MLX japons). Los trenes de levitacin magntica de alta velocidad utilizan el

LSM porque tiene un factor de eficiencia y el poder ms alto que el LIM. La eficiencia

econmica del consumo de energa elctrica es muy importante para el

funcionamiento de alta velocidad.

Orientacin

El tren de levitacin magntica es un sistema sin contacto que requiere una fuerza de gua

para la prevencin del desplazamiento lateral. Como en el caso de la levitacin, la orientacin

se lleva a cabo electromecnicamente por la fuerza de repulsin magntica o atraccin

magntica.


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1) Fuerza de repulsin magntica: Como se muestra en la figura 8, mediante el

establecimiento de las bobinas de propulsin en los lados izquierdo y derecho de la va

gua y la conexin de las bobinas, la fuerza electromotriz inducida (FEM) anula entre s

cuando el tren pasa en el centro de la gua. Sin embargo, una vez que un tren pasa ms

cerca de una pared lateral, las corrientes fluyen a travs de las bobinas de la FEM

inducidas por la diferencia de distancia. Esto produce la fuerza de gua. En el MLX,

mediante la conexin de las bobinas de levitacin correspondientes de ambas paredes

laterales, como se muestra en la figura 9, estas bobinas funcionan como un sistema de

gua. Cuando un tren se desplaza lateralmente, las corrientes que circulan entre estos

dos bobinas son inducidas y esto produce la fuerza de gua. En el caso de la Transrapid,

los electroimanes de orientacin laterales estn unidos en el lado de los carriles del

vehculo y la reaccin son en ambos lados de un carril. La interaccin entre los

mantiene centrada lateralmente el vehculo como se muestra en la figura. 12.

2)

2) Fuerza magntica de atraccin: la fuerza de atraccin magntica se genera en la

forma de reducir la resistencia y aumentar la inductancia cuando el vehculo se

desplaza lateralmente. Debido a que la energa tiende a fluir hacia una pequeareluctancia, esto gua el vehculo centrado lateralmente. Dado que la orientacin est

integrado con la levitacin, la interferencia entre ellos hace que sea difcil para

funcionar a altas velocidades. Por lo tanto, la orientacin utilizando fuerza de atraccin

se utiliza para la operacin de baja-media velocidad.


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