MAQUINAS ELECTRICAS trenes de levitacion magnetica

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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:8105
PROFESOR: ALBERTO HIGUERA GARCIA
NOMBRE DEL ALUMNO:
CORTES HERNANDEZ RICARDO 
 
FECHA DE ENTREGA: 24 DE NOVIEMBRE DEL 2021
1 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
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 nuevo 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 realizara 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 monóxido 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.
SISTEMA MAGLEV
La levitación magnética tiene una gran aplicación, en Japón donde se constituyó la idea de un tren levitando magnéticamente llamados los MT S (Magnetically Suspended Transportation System o más conocida como Maglev). Este tipo de trenes utilizan lo que se llama el efecto Meissner el cual nos dice que los materiales superconductores tienden a rechazar el campo magnético que intenta penetrar en ellos. 
Se le llama sistema MagLev a cualquier sistema de transporte que utilice como principio de funcionamiento la "levitación magnética". Desde la década de los sesenta se vienen haciendo investigaciones y desarrollos que hoy permiten afirmar que este tipo de sistemas de transporte es mucho más económico, más ecológico, eficiente, y más rápido que en la actualidad existen. [21
Para poder realizar la función de la levitación magnética hay que recurrir a la investigación realizada por Kamerlingh Onnes, relacionado por con el superconductor el cual nos sirve para generar los campos magnéticos. El estado superconductor es destruido, cuando el material está por debajo de su temperatura crítica, solamente si se aplica un campo magnético externo lo suficientemente intenso (llamado campo crítico, Hc) o bien, si se hace pasar por él una corriente eléctrica intensa (llamada corriente crítica, 1c). En ciertos compuestos, la interrupción de la superconductividad se da de manera abrupta; mientras en otros, esto sucede de manera paulatina; en ellos, el campo va penetrando poco a poco en vórtices. Fueron Ginzburg y Landau quienes definieron un parámetro del estado superconductor a partir del cociente de la longitud de coherencia y la longitud de penetración, identificables en el material; mismo que se conoce, en su honor, como factor de Ginzburg — Landau. Desde los primeros años de la década de los cincuenta este factor ha ayudado a las generaciones nuevas de investigadores a llegar a un punto en el cual, han llegado a la resolución de dos tipos diferentes de superconductores denominados superconductores
Condiciones de diamagnetismo que permiten clasificar a los superconductores en dos tipos.[4] En el superconductor Tipo l, el campo magnético externo es expulsado del material mientras dicho campo no exceda Hc; si el campo sobrepasa ese límite la superconductividad es destruida y el campo penetra completamente en la muestra. Sin embargo,en el superconductor Tipo ll, el campo magnético es expelido del material mientras su valor esté por debajo de un campo crítico 1 (Hcl al alcanzar el campo extemo una magnitud mayor a Hcl , se inicia la penetración magnética coexistiendo el estado superconductor en el bulto del material con zonas normales (vórtices) como se muestra en la figura- El área cubierta por los vórtices es cada vez mayor hasta el momento en que el campo sobrepasa un valor Hc2 (campo crítico 2); en ese momento se rompe el estado superconductor y el campo magnético penetra en el material. Es necesario remarcar que la penetración magnética en los superconductores Tipo ll se produce a través de vórtices que se distribuyen en una red triangular a lo largo y ancho de la muestra. Son las zonas al interior de las corrientes circulares las que están en el estado normal. Es esta penetración lo que hace que la levitación en este tipo de compuestos sea muy estable. Los superconductores de alta temperatura crítica son del Tipo ll. [41
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. Un ejemplo famoso es el tren MagLev (más propiamente conocido como "The Yamanashi MLXOI MagLev train") que levita sobre los rieles y alcanza velocidades de aproximadamente 550 km/h. El principio de funcionamiento de este trenes basada sobre la suspensión electrodinámica (EDS por sus siglas en inglés) como se muestra en la figura 2, 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 con bobinas 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. [3]
Un estudio que se llevó a cabo en Alemaniamuestra cómo comparadamente que es más económico el transporte con base en electricidad que el transporte en avión o en medios de transporte que sean de motores de combustión interna normales. Este tipo de proyecto es muy eficiente ya que gracias a que no existe la fricción entre los vagones y los rieles de guía, reduce drásticamente los desgastes mecánicos y pérdidas de los mismos, debido a que solo existe fricción en el aire, al igual es ecológico mayoritariamente por que no produce las emisiones de dióxido de carbono a la atmosfera como cualquier transporte de combustión interna, y en lo principal, que es uno o el único transporte que alcanza velocidades realmente grandes comparadas con las de otros medios de transporte, sus velocidades pueden llegar a alcanzar hasta 600 km/h. [2]
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 1 5 cm sobre el riel, garantizando la integridad del sistema frente a deformaciones. [41
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. [3]
La figura 3 compara 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
 
3 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, como se muestra en la figura 5, no utiliza un acoplamiento mecánico para generar un movimiento lineal, así mismo, su estructura es robusta pero a la vez es simple.
[6]
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.[5]
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.	
4 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 magnética o repulsión magnética:
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. [51
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.
5 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. [9]
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, asi 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 las 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.
Es importante ir verificando los avances en dicho proyecto, por lo cual, es factible realizar juntas de trabajo continuamente para poder analizar los avances que se han llevado durante el lapso de tiempo que se lleva.
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 de tiempo 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.