Protocolo Tren Maglev

FISICA III 2003

INDICE

Introducción ........................................................................................................3

Sistema de funcionamiento del tren de levitación

magnética de alta velocidad................................................................................4

1. Principio de levitación magnética....................................................................4

1.1. EMS: Suspensión electromagnética.............................................................4

1.2. EDS: Suspensión Electrodinámica...............................................................6

2. Principio de guía lateral...................................................................................8

3. Principio de propulsión....................................................................................9

3.1. LSM: Motor Lineal Síncrono.......................................................................10

4. Mecanismo de frenada..................................................................................12

El último avance en tecnología Maglev: La Inductrack......................................13

Aplicación futura de la tecnología maglev: Lanzadera espacial de levitación

magnética..........................................................................................................15

Fuentes..............................................................................................................16

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Introducción

Llamamos “levitación magnética” al fenómeno por el cual un dado material

puede, literalmente, levitar gracias a la repuls ión 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.

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Sistema de funcionamiento del tren de levitación magnética de

alta velocidad

A continuación se exponen los cuatro principios básicos por los cuales funciona

un tren maglev.

1. Principio de levitación magnética

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 (electromagnetic suspension o suspensión electromagnética) o

EDS (electrdynamic suspension o 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.

1.1. 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.

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(Figura 1.1, esquema de la suspensión EMS)

Cuando se ponen en marcha los electroimanes situados sobre el vehículo, se

genera una fuerza de atracción. Ya que el carril no puede moverse, son los

electroimanes los que se mueven en dirección a éste elevando con ellos el tren

completo. 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 (esto se detalla en

el punto

1.3

).

La principal ventaja de las suspensiones EMS es que usan electroimanes en

vez de los complicados imanes superconductores que exige la suspensión EDS

(de lo que se habla en el siguiente punto). Por no necesitar imanes

superconductores, no son necesarios complicados y costosos sistemas de

refrigeración. Aunque el consumo actual del EMS es inferior al del EDS, se

espera que, con el avance de las investigaciones en superconductividad, los

consumos de las suspensiones EDS bajen considerablemente.

Aún así los trenes de suspensión EMS sufren ciertas limitaciones, la

principal es su inestabilidad. Cuando la distancia entre la guía y los

electroimanes disminuye, la fuerza de atracción crece y, aunque la corriente

eléctrica circulante en los electroimanes puede ser regulada inmediatamente,

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existe el peligro de que aparezcan vibraciones o de que el tren toque la guía.

Otra de las limitaciones de este diseño es la enorme precisión necesaria en su

construcción, lo cual encarece su producc ión. Una pequeña desviación de

unos pocos milímetros a lo largo de la estructura del tren puede provocar un

desastre. Además, con unas tolerancias tan pequeñas un simple terremoto

podría destruir completamente todo un sistema de líneas maglev. Por otro lado

la amplitud del hueco entre vehículo y guía no puede ampliarse porque el costo

de esto haría al sistema prohibitivo.

1.2. EDS: Suspensión Electrodinámica

La levitación EDS se basa en la propiedad de ciertos materiales de rechazar

cualquier campo magnético que intente penetrar en ellos. Esta propiedad se da

en superconductores y es llamada Efecto Meissner, como se explicó con

anterioridad. La suspensión, por tanto, consiste en que el superconductor

rechazará las líneas de campo magnético de manera que no pasen por su

interior, lo que provocará la elevación del tren. En diversos prototipos de

suspensión EDS se ubica un material superconductor a los lados de la parte

inferior del vehículo, tal como puede observarse en la figura:

(Figura 1.2.1, esquema de la suspensión EDS)

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Este pasa a unos centímetros de un conjunto de bobinas situadas sobre el

carril guía. Al moverse el vehículo a lo largo del carril se inducirá una corriente

en las bobinas de este, las cuales actuarán entonces como electroimanes. Al

interactuar con los superconductores montados en el tren, se producirá la

levitación. Debido a esto, la fuerza de levitación será cero cuando el vehículo

se encuentre parado; para esto el tren tiene incorporadas unas ruedas

neumáticas. Estas funcionan

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