martes, 29 de abril de 2014

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

TREN MAGLEV
(FUNDAMENTO TEÓRICO)


La levitación magnética (“MagLev” acrónimo en inglés), es un método por el cual un objeto cualquiera se mantiene a flote gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes o bien, debido a lo que se conoce como “Efecto Meissner”, propiedad inherente a los superconductores.  La superconductividad es una característica de algunos compuestos, los cuales, por debajo de una cierta temperatura crítica, no oponen resistencia al paso de la corriente; es decir: son materiales que pueden  alcanzar una resistencia nula. En estas condiciones de temperatura no solamente son capaces de transportar energía eléctrica sin ningún tipo de pérdidas, sino que además poseen la propiedad de rechazar las líneas de un campo magnético aplicado. Se denomina “Efecto Meissner” a esta capacidad de los superconductores de rechazar un campo magnético que intente penetrar en su interior; de manera que si acercamos un imán a un superconductor, se genera una fuerza magnética de repulsión la cual es capaz de contrarrestar el peso del imán produciendo así la levitación del mismo.
Hoy día el uso más extendido del fenómeno de levitación magnética se da en los trenes de levitación magnética. Un tren de levitación magnética es un vehículo que utiliza las ondas magnéticas para suspenderse por encima del carril (algunos de estos trenes van a 1 cm por encima de la vía y otros pueden levitar hasta 15 cm) e impulsarse a lo largo de un carril-guía. Si bien existen otras aplicaciones como, por ejemplo, las montañas rusas de levitación magnética o, lo que en la actualidad se encuentra bajo investigación, la propulsión de naves espaciales mediante este mismo fenómeno (lo que se menciona más adelante), estas se basan en los mismos principios que los trenes tanto para mantenerse levitando como para impulsarse a lo largo de un carril-guía. Por esta razón este trabajo se centrará en los trenes de levitación magnética y más aún, en el principio de funcionamiento de estos, dándole menos importancia a otros aspectos como: impacto ecológico, viabilidad económica (excepto en el caso de la propulsión de naves espaciales, donde se convierte en tema prioritario), confort, tendido estratégico de vías, diferentes diseños, etc.

Si bien el electromagnetismo fue descubierto de forma accidental en 1821 por el físico danés Hans Christian Oersted, el magnetismo halló aplicación desde el siglo XIX.


 1.1 EMS: SUSPENSIÓN ELECTROMAGNÉTICA




2. PRINCIPIO DE GUÍA LATERAL

3. PRINCIPIO DE PROPULSIÓN

3.1. LSM: MOTOR LINEAL SÍNCRONO





4. MECANISMO DE FRENADA

EL ÚLTIMO AVANCE EN TECNOLOGÍA MAGLEV: LA INDUCTRACK


FUENTES DE INFORMACIÓN

Google.com
Tippens: Física Aplicada. Mcgrahll Hill. Séptima Edición
Física.net












IMAGENES/DIBUJO







DISEÑO




CRONOGRAMA


MARCO CONCEPTUAL

Marco conceptual

Nuestro proyecto se basa en el problema del descarrilamiento, investigaremos sus causas, sus consecuencias y propondremos soluciones. Aquí nosotros daremos a conocer un solución, la cual se fundamentará con una representación de un tren que funcionara mediante magnetismo, reflejaremos con esto las causas del descarrilamiento, así también daremos un mejoramiento en el rendimiento del tren durante todo el recorrido como en instalaciones.
Para dar hincapié a la solución deberemos tener en cuenta diversos aspectos:
  •       Estructura del tren
  •       Estructuras de las vías

A continuación desglosáremos cada aspecto que compone al tren, los cuales ya se han mencionando.
Estructura del tren:
Locomotora diesel: motor diesel, generador principal que lleva la corriente a los motores de tracción montados sobre los bogues, bogíes y timonería de freno. 
Locomotora eléctrica: motores de tracción, bogues, transformador de 1500 voltios a 110 voltios para motores de compresor de freno y iluminación, timonería de freno, relés varios. 
Vagones. Bastidor donde van montados los bogues, timonería de freno, grupo electrógeno en coches remolcados, luz roja de posición en las puntas del coche. 

En los trenes de alta velocidad su estructura es la siguiente:
Como las locomotoras de las líneas de alta velocidad son capaces de superar los 250 Km/h, los trenes de alta velocidad son composiciones indeformables en las dos cabezas motrices, una en cada extremo (es decir, que no se pueden separar unos coches de otros como en los trenes convencionales), y encuadran un número determinado de remolques.
Un tren pesado somete a las vías a mayores esfuerzos que un tren ligero, aumentando en consecuencia los costes de mantenimiento y el consumo de combustible; para proteger las vías los trenes rápidos han de pesar lo menos posible. Para reducir el peso se toman diferentes medidas:
Se fabrican los vagones con materiales más ligeros, lo que ha permitido fabricar vagones de dos pisos que no pesan más que los de un piso.
Los motores de tracción se han aligerado sin sacrificar la potencia gracias a nuevos diseños y a la utilización de materiales más ligeros.
Los transformadores, que tienen la misión de suministrar diferentes voltajes y potencias para los motores, son de las partes más pesadas del tren; la construcción de transformadores con láminas de aluminio y de acero aleado con cobalto en lugar de hilos de cobre ha permitido reducir su peso de 11 a 7.5 toneladas.

   Estructuras de las vías
La vía trabaja como una viga sobre lecho elástico debido a su propio peso y la forma de comportarse del balasto, elemento destinado al apoyo y a la distribución de cargas en el terreno, y a contención. Desde el inicio de los ferrocarriles se utilizaban carriles de longitudes reducidas, con juntas de dilatación entre ellos, lo que producía el característico traqueteo de los ferrocarriles, con traviesas de madera tratada para evitar la putrefacción.
En la actualidad se emplean principalmente traviesas o durmientes de hormigón pretensado y materiales plásticos sobre los que apoyan rieles soldados con longitudes relativamente grandes y juntas de dilatación más separadas gracias a un diseño más perfeccionado.
Elementos que componen a la vía de tren:
  • Aparato de vía: Un aparato de vía es un dispositivo que permite la ramificación y el cruce de diferentes vías de ferrocarril. Los aparatos de vía están formados por dos elementos básicos: desvíos y travesías
  •  Balasto: Se denomina balasto a un tipo de árido de una granulometría variable entre 40 y 150mm aproximadamente. Su utilización va desde la construcción hasta aplicaciones industriales. Un uso extendido internacionalmente es en la construcción de vías férreas.
  •   Catenaria (ferrocarril): En ferrocarriles se denomina catenaria a la línea aérea de alimentación que transmite energía eléctrica a las locomotoras u otro material motor.
  •    Circuito de vía: Un circuito de vía es un circuito eléctrico o electrónico que sirve para saber si hay trenes en un tramo de vía determinado. Se utiliza normalmente para actuar sobre las señales y evitar que un tren acceda al cantón si este es utilizado por otro tren.
  • Desvíos (agujas, cruzamientos): Un desvío o cambio de agujas es un aparato de vía que permite a los trenes cambiar de una vía a otra.
  • Estación ferroviaria: Una estación ferroviaria o estación de ferrocarril es una instalación ferroviaria con vías a la que pueden llegar y desde la que se pueden expedir trenes. Se compone de varias vías, con desvíos entre ellas, y se delimita por señales de entrada y salida.
  • Carril: Se denomina riel, carril, raíl o trillo a cada una de las barras metálicas sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes y tranvías.
  • Señalización de vías férreas: La señalización ferroviaria se utiliza para indicar al maquinista las condiciones de la vía que se va a encontrar por delante.
  •  Subestructura ferroviaria: Se denomina subestructura ferroviaria al terreno que se encuentra inmediatamente debajo del balasto o de la plataforma (si es vía en placa) soportando las cargas que estas transmiten.







jueves, 17 de abril de 2014

INTRODUCCIÓN.

Introducción:

En éste proyecto trataremos principalmente el método de transporte ferroviario conocido como: “tren”, sus desventajas y cómo mejorarlo haciendo uso de la levitación magnética.
Actualmente el sistema ferroviario es muy utilizado por las empresas para transportar grandes cargas, más sin embargo éste no es siempre el más eficiente ya que puede ocurrir un descarrilamiento por el impacto del tren con un objeto externo situado en la vía, ejemplo:  un vehículo en un paso a nivel; o un desprendimiento sobre la vía o por operar el vehículo o la infraestructura fuera de los parámetros adecuados, ejemplo: equivocaciones en cambios de agujas, una maniobra de cambio de ancho inadecuada, o conducir el tren a más velocidad de la permitida. Esto nos trae varios daños: pérdida del producto que se transportaba, muertes humanas, etc.
Por éste motivo proponemos la aplicación de la levitación magnética.
La levitación magnética, también conocida por su acrónimo inglés Maglev, es un método por el cual un objeto es mantenido a flote por acción únicamente de un campo magnético.
El teorema de Earnshaw demuestra que utilizando únicamente el ferromagnetismo estático es imposible hacer a un objeto levitar establemente contra la gravedad, pero el uso de materiales diamagnéticosservomecanismos o superconductor hacen posible dicha levitación.
Las aplicaciones más comunes de la levitación magnética son los trenes Maglev, el rodamiento magnético, y la levitación de productos para su exposición.

Incluiremos, aparte de la teoría, una maqueta que se ilustrará posteriormente mediante fotografías demostrando así el correcto y eficiente funcionamiento de un tren Maglev. 

HIPÓTESIS.

HIPÓTESIS

En el desarrollo de este proyecto se espera explicar y comprobar la atracción-repulsión que es generada a través de la levitación magnética. Provocando que el tren genere la suficiente fuerza para lograr su desplazamiento en la vía destinada de dicha maqueta.
Logrando así que no sufra un descarrilamiento por el impulso de la fuerza generada por la repulsión que tienen los imanes al ser atraídos. Se intentara mejorar el prototipo incluyendo un control remoto para que un operador pueda manejarlo externamente con un panorama más amplio ante las circunstancias de la situación de emergencia
Podemos asegurar que a la suspensión en el aire de un cuerpo mediante una fuerza, se conoce como levitación magnética.
Se incluirá una explicación  acerca de la evolución de los trenes y las diversas circunstancias o problemas  que se han presentado con el tiempo y las mejoras que se han hecho para resolver los problemas. Para lograr comprender del porque se llevó a cabo este proyecto y del porque actualmente en algunos países como Alemania, Japón y Francia se ha desarrollado.


PLANTEAMIENTO Y OBJETIVOS.

Planteamiento de la necesidad:
Medio de transporte muy utilizado actualmente (vías de tren) que fácilmente se puede ver alterado por factores comunes tales como: objetos colocados en las vías, automóviles, etc. y que está fuera del alcance del operador evitar que le causen un descontrol total o parcial de la máquina que conduce, provocando así un descarrilamiento que conlleva grandes daños al ecosistema y/o ciudad, y pérdidas tanto económicas como materiales y humanas.

Objetivo:
General:
* Reducir la cantidad de pérdidas económicas, materiales y humanas, y los accidentes ferroviarios  que se producen actualmente, aumentando así las ganancias, seguridad y eficiencia del medio de transporte mencionado anteriormente.
Específicos:
* Conocer, comprender y aplicar los fundamentos teóricos de la levitación magnética (para evitar descarrilamiento) y el control remoto a gran distancia, permitiéndonos aprovechar eficientemente los beneficios en el sistema de transporte ferroviario.

* Desarrollar una maqueta a escala reducida del tren de levitación magnética controlado remotamente por otro usuario (que no sea el operador de la locomotora del tren), permitiendo a los espectadores conocer las propiedades y ventajas de los nuevos métodos propuestos para implementación en el sistema ferroviario.

PORTADA.