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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Plantel Aragón INGENIERIA INDUSTRIAL LABORATORIO: MAQUINAS ELECTRICAS ANTEPROYECTO TEMA: ELECTROMAGNETISMO SUBTEMA: TRENES DE LEVITACIÓN MAGNÉTICA. GRUPO:8561 PROFESOR: VICTOR HERNANDEZ VAZQUEZ NOMBRE DEL ALUMNO: CORTES HERNANDEZ RICARDO FECHA DE ENTREGA: 29 DE NOVIEMBRE DEL 2021 INDICE 1.-DESCRIPCIÓN DEL TEMA ................................................................................................................. 3 2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................................. 3 3.- JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................................... 4 4.- HIPÓTESIS ....................................................................................................................................... 4 5.- OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 4 5.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................... 4 5.2 OBJETOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................... 4 6.- MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................ 5 1 PROPULSIÓN ................................................................................................................................. 7 2 SISTEMA DE GUÍA ......................................................................................................................... 8 3 PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA POR MEDIO DEL MAGNETISMO ..................................... 9 7.- METODOLOGÍA ............................................................................................................................ 10 1.-DESCRIPCIÓN DEL TEMA La elección de este tema a investigar es para tener el conocimiento sobre el funcionamiento del tren de levitación, ya que está conformado principalmente por imanes, pero como es que no tiende a irse hacia los lados, si siempre va en sentido horizontal sobre sus guías. Así como también al utilizar este tipo de trenes, que nuevos prospectos traería consigo, ya sea aprovechar el magnetismo de las vías para generar electricidad, etc., no solamente utilizar el magnetismo para el tren si no usarlo para otro tipo de uso que tenga que ver con electricidad. En lo que respecta a su viabilidad de investigación, se podría calificar como buen, ya que aún no se implementa en muchos lugares este tipo de tecnología y medio de transporte, y con esto, se puede deducir que aspectos son necesarios para implementar en más lugares, si es costo o no, y que si puede mejorar. Con ello poder lograr quizá la implementación y/o al menos el diseño básico o prototipo para la implementación de un tren de levitación magnética. Actualmente se tiene el problema en todo el mundo sobre la contaminación y lo relacionado a ello, principalmente ocasionada por los diferentes tipos de medios de transporte, que arrojan monóxido de carbono, lo cual es muy contaminante. En los transportes públicos como metros o trenes ligeros son de electricidad pero también se está consumiendo la electricidad en grandes cantidades, lo cual genera mucho costo, por ende con la implementación de los tresnes de levitación se podrán ir mejorando los transportes principalmente los que son de vías férreas como trenes ligeros, o metros que están en la ciudad de México D.F., Monterrey y Guadalajara, es donde principalmente existe este problema de contaminación, pero con esto podemos llegar a ayudar a disminuir la contaminación y así mejorar el costo del transporte público para los usuarios y también ayudar a disminuir la contaminación. 2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Actualmente en la República Mexicana se tiende por la preocupación de nuevas tecnologías hacia el mejoramiento de nuestro entorno, por lo cual la tecnología del tren de levitación está abandonada dentro de las investigaciones por falta de conocimiento y por la implementación de esta nueva forma de transporte público, como también el cómo poder aprovechar la energía con otros métodos distintos a los que estamos acostumbrados, sabiendo que no son energías renovables y en algunas ocasiones otras contaminantes. Así pues, se pretende recopilar la información necesaria para poder determinar cómo proveer de otra forma la energía desde un medio de transporte innovador. El problema a solucionar es aquel de la falta de ampliación e investigación de la utilización de nuevas energías que a su vez sean provenientes de recursos renovables, simultáneamente encontramos la falta de movilidad existente en nuestro país y su complicación que representa trasladarse de un lugar a otro, tiempo ahorrado en cada viaje, la optimización y utilización de nuevos mecanismos como funcionamiento distintos a los ya conocidos, haciendo enfoque a las ciudades de gran magnitud poblacional y territorial. 3.- JUSTIFICACIÓN Con esta investigación se trata de dejar en claro que beneficios nos contraería la implementación del tren de levitación en nuestro país, así como el aprovechamiento de otra posible vía de producción de energía eléctrica. Pero, sin embargo, sin dejar pasar, se realizará ara el bien de la sociedad dentro del costo del transporte público y como parte también al beneficio del medio ambiento y el bienestar de las personas. 4.- HIPÓTESIS La implementación del tren de levitación en nuestro país seria de una forma más de seguir evitando el aumento del dióxido de carbono y/o la contaminación. Ya que con este nuevo medio de transporte no se gastaría ni combustible, ni energía eléctrica. Por otra parte, además de que la gente pueda trasladarse con mayor rapidez y menos contaminación, así como se podrá recurrir a una nueva forma de producción de energía eléctrica mediante el magnetismo como energía renovable limpia para la utilización del mismo tren, ya sea en los letreros internos o estaciones. 5.- OBJETIVOS 5.1 OBJETIVO GENERAL • Analizar los principios de funcionamiento del tren de levitación, desde su invención hasta la actualidad, así como la utilización del tren de levitación como medio de transporte y generador de otras energías eléctricas. 5.2 OBJETOS ESPECÍFICOS Conocer el funcionamiento total del tren de levitación. Investigar sobre la energía eléctrica mediante el uso del magnetismo. Analizar la eficiencia del tren de levitación en otras ciudades. Verificar la posible implementación del tren de levitación en México. 6.- MARCO TEÓRICO La levitación magnética es la acción o fuerza que se le aplica a cualquier objeto, con el fin de que este permanezca suspendido en el aire, a través de una fuerza electromagnética. En algunas de las ocasiones, nosotros mismos hemos realizado este fenómeno a través de dos o más imanes magnéticos omitiendo de que tanta potencia sean los imanes- Al momento de juntar dos imanes con polos iguales nos sucede el fenómeno de repelerse entre ellos mismo, debido a esto parecía como si ambos estuvieran suspendidos en el aire, en caso de poner uno sobre una superficie plana y el otro arriba. Una de las aplicaciones más relevantes de este efecto de levitación magnética con superconductores es la que encontramos en los trenes súper rápidos que cruzan varios países. la cual es una aplicación directa del efecto Meissner de los superconductores. En este tipo de trenes, su estructura de levitación consiste de dos elementos magnéticos: 1. Los electroimanes conbobinas colocadas en el riel 2 Los superconductores montados en los vagones del tren. Este tipo de tren o vehículo de gran velocidad el cual levita sin fricción sobre unas guías o carriles el cual el tren es impulsado por los campos magnéticos generados. Los trenes de levitación magnética son considerados el transporte de masas del futuro. Para el correcto funcionamiento del sistema se implementaron dos principios de funcionamiento de trenes de levitación magnética. Cuando se inicia el movimiento del vehículo a lo largo del carril, se induce una corriente en las bobinas de éste. Son los campos magnéticos de estos electroimanes los que son rechazados por los superconductores montados en el tren; produciéndose así la levitación del mismo. Este tipo de suspensión requiere que el tren cuente con llantas neumáticas debido a que a bajas velocidades la fuerza de levitación es insuficiente para mantener al tren en el aire. En este sistema EDS se presentan levitaciones de hasta 15 cm sobre el riel, garantizando la integridad del sistema frente a deformaciones Una de las principales ventajas de este tipo de sistemas es que en el vehículo es mucho más ligero y por ende es mucho más rápido, así como también la potencia de propulsión resulta más flexible. El hecho de que los trenes no toquen los carriles guía tiene además otras ventajas: aceleración y frenados más rápidos, mayor capacidad de subida en cuestas, funcionamiento mejorado en situaciones de lluvia intensa, nieve y hielo y ruido reducido. Los sistemas maglev también aprovechan al máximo la energía en rutas de longitudes de varios miles de kilómetros, puesto que utilizan alrededor de la mitad de energía por pasajero que los aviones comerciales convencionales. Como otros sistemas de transporte eléctrico, también reducen el uso de petróleo y contaminan el aire menos que los aviones, locomotoras diésel y automóviles el sistema de tracción de los trenes de alta velocidad convencionales con el sistema de suspensión electromagnética del MAGLEV Transrapid. Por igual en la tabla 1 podemos apreciar las comparativas de un sistema de tren Maglev con un sistema de tren convencional 1 PROPULSIÓN La propulsión de los trenes Maglev tiene implementado un motor lineal, el cual es diferente a un motor rotativo de los convencionales en su uso, dicho motor lineal, no utiliza un acoplamiento mecánico para generar un movimiento lineal, así mismo, su estructura es robusta, pero a la vez es simple. La propulsión de los trenes MAGLEV es gracias al uso de motores lineales de inducción o motores lineales sincrónicos: 1.Motores de inducción lineales (MIL): En el primario se genera un campo magnético variable en el tiempo que induce una fuerza electromotriz en una placa inductora (secundario). Esta fuerza genera corrientes en la placa y se produce una fuerza de impulso de Lorentz. Hay dos tipos principales de MIL: primario corto y secundario corto. En el primer caso las bobinas inductoras se encuentran en el vehículo y la placa inducida está en la vía. En el segundo caso la placa inducida está en el vagón y las bobinas inductoras en la vía. Los motores tipo primario corto son más económicos que los secundarios cortos, pero tienen menor eficiencia que estos últimos a causa del efecto de borde que presentan estas máquinas lineales. Por ello estos motores se emplean en trenes MAGLEV de baja potencia y velocidad como el HSST japonés o el coreano UTM. 2.Motores sincrónicos lineales (MSL): En este caso los campos magnéticos de la armadura y de campo interactúan para producir el impulso. Su clasificación es la misma que los MIL. La velocidad se controla por la frecuencia de alimentación. Estos motores son preferidos por los trenes MAGLEV de alta velocidad debido a que tienen una alta eficiencia y factor de potencia. El Transrapid usa electromagnetos de hierro y el MLX usa magnetos superconductores. 2 SISTEMA DE GUÍA Como en cualquier sistema de trenes, se requiere un sistema el cual sirva de guía para el descarrilamiento de los vagones. Existiendo dos opciones posibles de usar este sistema de guía para trenes de levitación magnética, de los cuales son atracción o repulsión magnéticas: 1 repulsión magnética: En el MLX al conectar las bobinas de levitación de ambos lados de la pared, estas actúan como guías. Cuando el tren se desvía del centro de la pista, se induce una corriente entre estas dos bobinas y se produce una fuerza de repulsión en lado que está más cerca de la pared, lo que devuelve al tren a su posición estable. 2 atracción magnética: Se genera una fuerza de atracción para reducir la reluctancia y aumentar la inductancia cuando el tren se desplaza lateralmente. El inconveniente es que estas bobinas están integradas al sistema guía y no es posible el control a altas velocidades, por lo que esta forma de guía se usa en trenes como el HSST. 3 PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA POR MEDIO DEL MAGNETISMO Como las cargas de diferente signo se mueven en direcciones opuestas a un campo eléctrico dado; es necesario adoptar una convención para asignar un solo sentido a la corriente. Por convención, se supone que los portadores de carga son positivos y se dibuja el sentido de la corriente por medio de una flecha en el sentido en que se moverían tales cargas; o sea, en el sentido del campo eléctrico dentro del conductor La corriente eléctrica genera tres efectos: 1 - Efecto calorífico: elevando la temperatura del conductor. 2.-Efecto magnético: produciendo campos magnéticos alrededor del conductor. 3.-Efecto químico: produciendo reacciones químicas en los ácidos, bases y sales. Para poder hacer que se produzca energía eléctrica mediante el magnetismo se tiene que darse tres condiciones: 1. Tiene que existir un conductor. 2 Tendrá que existir un campo magnético en el conductor. 3. Tiene que haber movimiento entre el conductor y el campo magnético. Cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético, sus electrones son obligados a deslizarse hacia los extremos, creándose una diferencia de potencial en ambas terminales. El conductor es una bobina formada por una gran cantidad de espiras, que están obligadas a girar dentro del campo magnético. De esta manera el voltaje inducido es obtenido en sus terminales, para su utilización. Con este principio básico de generador de energía eléctrica se puede de alguna forma implementar en el sistema de tren de levitación para su uso, ya que existen dentro del sistema bobinas de magnetización y bobinas de inducción, las cuales las bobinas de magnetización podrán hacer generar electricidad 7.- METODOLOGÍA Para dicha investigación se deberá de hacer la recopilación de toda la información que sea requerida y sea posible de conseguir al momento, así como también la realización de una investigación del campo de aplicación o las áreas en las cuales es donde se va aplicar el tren de levitación. Para ello se tendrá que recurrir al apoyo de instancias donde cuenten con la información y la tecnología adecuada para poder realizar un estudio de los diferentes terrenos donde se valla a construir. Así mismo, se tiene que analizar las investigaciones obtenidas mediante una o varias juntas de trabajo, en las cuales se obtendrán y se dispondrán cada uno de los puntos de cada investigación, esto con el fin de verificar al momento es viable o no el proyecto para poder continuar con lo mismo o así también poder hacer correcciones o más investigaciones. Al momento que se tienen ya un análisis en concreto sobre la investigación y que se haya aprobado, se tiene que recurrir a juntas con los directos generales de cada uno de las empresas que se cree, puedan proveer los materiales necesarios para la construcción del tren de levitación magnética, sabiendo, que pueden ser proveedores nacionales o bien internacionales.La realización de prototipos o maquetas es importante para así, poderse guiar y tener un conocimiento más físico del cómo quedaría el proyecto al término de la construcción, como también se pueden hacer estudios y pruebas de diferentes tipos al prototipo como pruebas de viento, magnetismo, lluvia, velocidades, sismología, etc. dichos prototipos se tendrán que presentan en cada una de las juntas de trabajo para poder presentar las investigaciones y resultados de las pruebas realizadas. Todas las investigaciones tienen un punto de aprobación y un punto final, en el cual se analiza más a fondo todas y cada una de las investigaciones realizadas durante todo el lapso, por ende, en este lapso es donde se califica entre juntas de trabajo si se hace aprobatorio el proyecto o hay modificaciones. En caso de que se apruebe el proyecto se pasa a la presentación de dicho proyecto frente a autoridades mayores, para que ellos mismos hagan la aprobación del proyecto, y por ende, generen los recursos financieros para dicha realización del proyecto de Tren de Levitación Magnética.
