Aplicaciones del electromagnetismo

INGENIARE 38
Aplicaciones del electromagnetismo
TRENES
QUE
LEVITAN
En la modernidad la demanda de nuevas formas de transporte masivo y efectivo se
hacen cada vez más exigentes; es por esto que el reto de muchos científicos, ingenieros
y expertos es poder encontrar un sistema masivo de transporte que pueda satisfacer no
solo las necesidades de los usuarios sino que también sea capaz de generar grandes
utilidades económicas y que con el nuevo énfasis de los inventos actuales, no genere
más problemas para el ya saturado medio ambiente; los trenes que levitan son una de
las ultimas formas de transporte que se ha venido implementando en algunas partes
del mundo como parte de la solución al problema del transporte de personas ya que su
efectividad es significativamente mayor que la de los trenes normales, pero: ¿de que
forman funcionan estos trenes? ¿Por qué son tan efectivos? Y ¿porque todavía no se
usan en por lo menos las ciudades más grandes del mundo?
El tren magnético es un sistema de
transporte que se suspende, guía e
impulsa utilizando un gran número de
imanes para la sustentación y la
propulsión implementando la levitación
magnética.
Este sistema tiene el potencial de ser más
rápido, silencioso y suave que los sistemas
de transporte colectivo sobre ruedas. La
tecnología tiene el potencial de superar
6.400 km/h (4.000 mph) si se despliega en
un túnel al vacío. Al no utilizar un túnel al
vacío la energía necesaria para la
levitación no suele ser de una gran
proporción y la mayoría de la energía
necesaria se utiliza para superar la
resistencia del aire, al igual que con
cualquier otro tren de alta velocidad.
La mayor velocidad registrada de un tren
con levitación magnética es de 581 km/h
(361 mph), logrado en Japón en 2003, 6
km/h.
Estos trenes que se empezaron a utilizar a
principio de los años 70 en algunos de los
países más industrializados del mundo, no
presentan rozamiento con sus rieles, ni
necesitan de un motor convencional ya que
funcionan a base de electroimanes
ubicados en la parte inferior del tren y en
los rieles, generando así un vehículo
mucho más liviano y sin tanto ruido; este
mecanismo de transporte puede funcionar
mediante dos mecanismos conjuntos:
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El primero consiste en el principio de
levitación, que se genera gracias a que en
las paredes laterales del tren se
encuentran unas bobinas en las cuales
circula una corriente eléctrica inducida
generada cuando el superconductor pasa a
centímetros de esta a muy altas
velocidades, de la interacción entre estos
campos debido a la ley de Lorentz (que se
puede observar con la regla de la mano
derecha) se genera una fuerza que permite
que el tren se eleve a un centímetro del riel
y que se mantenga hay mientras la
corriente inducida y los campos se sigan
manteniendo.
magnéticos, la inducción de campos y la
fuerza de Lorentz.
Diagrama 2
Estos principios funcionan de manera muy
simple aunque controlada dentro de este
sistema de transporte, evitando así el
descarrilamiento
de
los
trenes
proporcionando seguridad, confiabilidad y
estabilidad para cuando el vehículo
alcance los 500 km/h.
Diagrama 1
Diagrama 3
Ecuación 1:
𝐹 = 𝑞𝑣 × 𝐵
Y el segundo mecanismo permite el
principio de guía lateral que hace
referencia a que cuando las bobinas de
levitación están conectadas de frente entre ellas
en la parte baja del riel, generan un anillo
magnético. Cuando el tren, el cual es un
superconductor
magnético,
se
desplaza
lateralmente, una corriente es inducida en el
anillo, resultando una fuerza repulsiva actuando
en las bobinas de levitación del lado más lejano
del tren. Por lo tanto el tren siempre está
situado en el centro de los rieles.
Sin embargo ambos mecanismos funcionan
con los mismos principios básicos de la
física
electromagnética,
puesto que en ambos se puede apreciar
fenómenos como la interacción de campos
-Diagrama 1: Grafico de la interacción entre la corriente
eléctrica inducida y los electroimanes de los rieles
que
Debido a la interacción entre los campos
magnéticos se genera una fuerza repulsiva
y una de atracción, inducidas entre los
imanes
para
propulsar
al
tren
(superconductor magnético). Las bobinas
de propulsión están localizadas en las
paredes laterales en ambos lados del riel,
las cuales están energizadas gracias a una
corriente alterna creando un campo
magnético en el riel, y debido al cambio de
polaridad que van teniendo los imanes, ya
que en un principio se repelen para elevar
el tren y conforme avanza la fuerza de
propulsión es generada debido a que a lo
largo de toda la vía y del cuerpo del tren
son ubicados electroimanes que actúan de
la siguiente manera:
-Ecuación 1: ecuación de la fuerza de Lorentz que
representa el sentido y la magnitud de la fuerza que se
genera debido a la interacción de una partícula o de un
cuerpo en medio de un campo magnético y uno eléctrico.
-Diagrama 3: Grafico de la propulsión que se genere
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un electroimán del riel A repele a un
electroimán del tren del mismo tipo A,
mientras que detrás de este, un
electroimán de tipo B del riel, atrae el
electroimán de tipo A del tren, generando
gracias a una suma vectorial de fuerzas
entre los campos magnéticos, una fuerza
hacia adelante que permite que el tren
avance; es necesario aclarar que se
necesita de algún mecanismo especial para
frenar y controlar la velocidad debido a
que el campo magnético generado por estos
imanes es muy alto y en teoría no frenaría
en ninguna estación, para estos casos se
utilizan ruedas desplegables y/o frenos
aerodinámicos.
ANALISIS:
Si bien, se ha descrito la forma en la que
funciona un tren que levita, y se ha incluso
mencionado las formas físicas que
describen este proceso debido a las
interacciones entre campos magnéticos,
eléctricos y leyes del electromagnetismo
que comprueban que mediante situaciones
y medidas controladas de las variables
(como por ejemplo el numero de
electroimanes, los valores de la corriente,
los materiales, entre otras), se logra que
este nuevo sistema tenga una eficiencia
muy alta, debido a que el desgaste de los
materiales es mucho menor que la de los
trenes convencionales debido a que no hay
rozamiento con los rieles y la vida útil de
los superconductores es muy alta, además
que no presenta mayor impacto con el
medio ambiente ya que no requiere
combustible, y su mantenimiento es
relativamente fácil y económico; también
debe mencionarse que a pesar de parecer
un medio de transporte ideal, todavía no se
puede implementar en muchos países
debido a que la inversión de capital para
construirlo y la ingeniería que se requiere
para ello es muy alta y algunos países
todavía no cuentan con esa posibilidad.
CONCLUSIONES:
La eficiencia del tren que levita depende
de la interacción de los campos magnéticos
y eléctricos que se generan durante el
viaje.
La levitación electromagnética es un
método actual muy útil, fácil de usar y
económico
cuando
ya
está
en
funcionamiento.
Los trenes que levitan son más rápidos,
seguros, eficientes, con menor costo de
mantenimiento y mayor productividad que
los trenes normales.
La
desventaja
de
la
levitación
electromagnética y el transporte mediante
esta, es el gran costo de inversión para
este proyecto.
BIBLIOGRAFIA:
*http://static.consumer.es/www/viajes/infografi
as/swf/tren-maglev.swf
*http://html. Magnetismo-y-su-aplicacion-en-eltren-magnetico.html
*Alonso,
Finn.
Física.
Addison-Wesley
Iberoamericana (1995):
-Capítulos 21 y 25 (secciones 25.3, concepto de
flujo)Capítulos 22 (fuerza sobre las cargas en
movimiento), 24 (fuerza sobre las corrientes, y
campo producido por una corriente
*Serway. Física. Editorial McGraw-Hill (1992):
-Capítulos 23 y 24 (campo), Capítulos 29 (efectos
del campo magnético), y 30 (fuentes del campo
magnético).
*Tipler. Física. Editorial Reverté (1994).
Capítulos 18 y 19 (campo), 20 (potencial ).
Capítulos 24 (efectos del campo magnético) y 25
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(fuentes del campo magnético). Capítulo 27
(materiales magnéticos)