Trenes Maglev

INTRODUCCIÓN

En un principio el hombre sólo disponía de sus propias fuerzas para el transporte de sus pertenencias y de su propia persona. En la antigüedad, el transporte surge de la necesidad del intercambio comercial, de cubrir las distancias al transportar recursos materiales y a las personas.

Aunque hoy vemos moverse con rapidez los automóviles, aviones, trenes y barcos no siempre fue así. Actualmente el transporte es fundamental desde el punto de vista económico y está relacionado con los sistemas de comunicación.

Es aquí en donde entra la fuerza electromagnética, protagonista de este documento y que se presentará como una consecuencia de la superconductividad. Por características de esta como lo es el “efecto Meissner” han salido a la luz trenes de gran velocidad y sin rozamiento con las vías como los trenes tradicionales. Trenes que al moverse dentro de un campo magnético forman un circuito que genera la

fuerza suficiente para que el tren levite.

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.

En el presente documento se busca dar a conocer el principio del funcionamiento del tren de levitación magnética o MagLev. La intención es dar a conocer como gracias a las leyes del electromagnetismo se puede lograr que un tren levite; mostrar las ventajas que tendría el uso de la tecnología de trenes de levitación magnética en México, país que paulatinamente ha buscado el introducir el uso de fuentes alternas de energía. Este documento quiere dar a conocer que el uso de un tren de levitación magnética implicaría dar un gran paso en el uso de energías alternas y estas conllevarían a otros beneficios que se verán a lo largo del documento.

MARCO TEÓRICO

¿Qué es Levitación Magnética?

Llamamos “levitación magnética” al fenómeno por el cual un dado material puede, literalmente, levitar gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes o bien debido a lo que se conoce como “Efecto Meissner”

¿Qué es el efecto Meissner?

El efecto Meissner, también denominado efecto Meissner-Ochsenfeld, consiste en la desaparición total del flujo del campo magnético en el interior de un material superconductor por debajo de su temperatura crítica. Fue descubierto por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld en 1933 midiendo la distribución de flujo en el exterior de muestras de plomo y estaño enfriados por debajo de su temperatura crítica en presencia de un campo magnético.

¿Qué es un Tren Maglev?

El transporte de levitación magnética, o maglev, es un sistema de transporte que incluye la suspensión, guía y propulsión de vehículos, principalmente trenes, utilizando un gran número de imanes para la sustentación y la propulsión a base de la levitación magnética.

Este método tiene la ventaja de ser más rápido, silencioso y suave que los sistemas de transporte colectivo sobre ruedas convencionales.

¿Cómo Funciona un Tren Maglev?

Sistema de funcionamiento del tren de levitación magnética de

Alta velocidad

Principio de levitación magnética.

Todos los sistemas que utilicen levitación magnética para sustentar elementos ferromagnéticos deben contar, por lo menos, con dos elementos: un sistema eléctrico, constituido por una fuente variable de voltaje y una bobina; un sistema electromecánico, que utiliza la energía eléctrica almacenada en la bobina en forma de campo magnético para compensar la energía mecánica. Esta última relación se comprueba físicamente como el equilibrio de fuerza magnética y mecánica.

F = ma

F: son las fuerzas aplicadas al sistema, m es la masa del cuerpo y a es la aceleración el mismo.

Las fuerzas que actúan sobre el sistema son:

mg: Fuerza producida sobre la masa m del cuerpo debido a la aceleración del campo gravitatorio terrestre g.

kv: Fuerza originada por la fricción o rozamiento del cuerpo.

F(y, i) : Fuerza ejercida por las bobinas de los raíles.

La sumatoria de fuerzas está dada por la ecuación

F = mg − kv + F(y, i) ==> mg − kv + F(y, i) = ma

La levitación en un tren maglev, se consigue mediante la interacción de campos magnéticos que dan lugar a fuerzas de atracción o repulsión, dependiendo del diseño del vehículo, es decir, según si el tren utilice un sistema EMS (suspensión electromagnética) o EDS (suspensión electrodinámica). La principal diferencia entre un sistema EMS y un EDS es que en el primero la levitación del tren es producida por la atracción entre las bobinas colocadas en el vehículo y la vía, y en el segundo se consigue la levitación gracias a fuerzas de repulsión entre estas.

EMS: Suspensión electromagnética

En el caso del EMS, la parte inferior del tren queda por debajo de una guía de material ferromagnético, que no posee magnetismo permanente.

El sistema EMS usa electroimanes convencionales situados en los extremos de un par de estructuras debajo del tren; las estructuras envuelven por completo cada lado del carril guía. Sensores en el tren se encargan de regular la corriente circulante en las bobinas, como resultado el tren circulará a una distancia de aproximadamente un centímetro del carril guía. Unos electroimanes encargados de la guía lateral del vehículo serán colocados en los laterales del tren de manera que quede garantizado su centrado en la vía. Los imanes son atraídos hacia los raíles de hierro laminado en el carril guía y elevan el tren.

Sin embargo, este sistema es inestable; la distancia entre los electroimanes y el carril guía, debe estar controlada y ajustada por ordenador o computadora para evitar que el tren golpee el carril guía. Otra de las limitaciones de este diseño es la enorme precisión necesaria en su construcción, lo cual encarece su producción.

EDS: Suspensión Electrodinámica

Permite altas velocidades y altas cargas de peso .Usa la fuerza de oposición que se produce entre los imanes del vehículo y las bandas o bobinas eléctricas del carril guía para elevar el tren. Esta aproximación es estable, y no necesita un control y un ajuste continuos; también se produce una distancia relativamente grande

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