LEVITADOR MAGNETICO PDF

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Author:Barisar Yozshudal
Country:Saint Kitts and Nevis
Language:English (Spanish)
Genre:Education
Published (Last):4 January 2018
Pages:290
PDF File Size:16.25 Mb
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ISBN:884-7-84472-896-5
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Rodrguez L. Se llama levitacin magntica al fenmeno por el cual un dado material puede, literalmente, levitar gracias a la repulsin 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 caracterstica de algunos compuestos, los cuales, por debajo de una cierta temperatura crtica, 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 energa elctrica sin ningn tipo de prdidas, sino que adems poseen la propiedad de rechazar las lneas de un campo magntico aplicado. Hoy da el uso ms extendido del fenmeno de levitacin magntica se da en los trenes de levitacin magntica. Un tren de levitacin magntica es un vehculo que utiliza las ondas magnticas para suspenderse por encima del carril algunos de estos trenes van a 1 cm por encima de la va y otros pueden levitar hasta 15 cm e impulsarse a lo largo de un carril-gua.

Si bien existen otras aplicaciones como, por ejemplo, las montaas rusas de levitacin magntica o, lo que en la actualidad se encuentra bajo investigacin, la propulsin de naves espaciales mediante este mismo fenmeno, estas se basan en los mismos principios que los trenes tanto para mantenerse levitando como para impulsarse a lo largo de un carril-gua.

Los sistemas de levitacin magntica han sido objeto de estudios en las ltimas dcadas por lo importante que resultan ser en la disminucin de la friccin de Coulomb debido al contacto mecnico.

Universidad Catlica Cuenca- Azogues. Adems tomando en cuenta la gran ventaja que presenta este tipo de sistemas, comparado con los sistemas convencionales de transporte, es la no dependencia de combustibles fsiles, como lo son el petrleo y sus derivados, que vuelven an ms atractivo este tipo de sistemas. En la actualidad, podemos decir que slo dos pases en el mundo cuentan con los servicios de trenes que funcionan bajo el principio de levitacin magntica: Japn y recientemente China, aunque este ltimo es de tecnologa Alemana.

Con el montaje de este proyecto pretendemos aplicar los conceptos de control aprendidos, para este caso se realiz un controlador tipo PD que permite estabiliza una esfera metlica en una posicin determinada, usando las caractersticas magnticas de un electroimn. En el caso del levitador magntico, es un sistema netamente no lineal e inestable, por razones que se expondrn en el desarrollo del trabajo y el tratamiento a seguir consiste en buscar un rango de funcionamiento en el que exista estabilidad.

En este punto interviene la teora de control para lograr ese fin. Objetivo general: Construir y controlar un levitador magntico. Objetivos especficos: Investigar todo lo relacionado con los levitadores magnticos y su funcionamiento. Aplicar los conocimientos obtenidos en las horas de clase, para disear un control que ayude a estabilizar el circuito. Controlar el levitador magntico. Electromagnetismo: La levitacin magntica es basada en el principio de atraccin o repulsin, esto significa que los polos iguales se rechazan y los polos distintos se atraen.

La levitacin magntica, tambin conocida por su acrnimo ingls Maglev, es un mtodo por el cual un objeto es mantenido a flote por accin nicamente de un campo magntico. En otras palabras la presin magntica se contrapone a la gravedad.

Cabe decir que cualquier objeto puede ser levitado siempre y cuando el campo magntico sea lo suficientemente fuerte. El teorema de Earnshaw demuestra que utilizando nicamente el ferromagnetismo esttico es imposible hacer a un objeto levitar establemente contra la gravedad, pero el uso de materiales diamagnticos, servomecanismos o superconductor hacen posible dicha levitacin. Las aplicaciones ms comunes de la levitacin magntica son los trenes Maglev, el rodamiento magntico, y la levitacin de productos para su exposicin.

A principios de los siglos XIX el fsico dans Hans Christian Oersted describi que, una aguja magntica poda ser desviada por una corriente elctrica y adems demostr que una corriente elctrica genera un campo magntico, seguido por Michael Faraday , quien descubri que un imn en las proximidades de un cable induce en ste una corriente elctrica, y que puede emplearse un campo Universidad Catlica Cuenca- Azogues.

Definicin 1: Flujo magntico. Se define como la integral de la superficie sobre la componente normal del campo magntico Donde es el flujo magntico, B la induccin magntica, da la diferencia del rea de la superficie y n la norma n da. El flujo magntico es anlogo al campo elctrico, se presente tambin como lneas con punta de flecha, las cuales van del polo norte al sur del imn.

Para una induccin magntica B y un rea A constante puede escribirse de forma ms simple: La unidad de medida del flujo magntico es Weber Wb Definicin 2: Intensidad magntica. La intensidad del campo magntico est dado por, Donde B es la induccin magntica y M la magnetizacin. Definicin 5: Autoinductancia. Ocurre en una bobina cuando se vara la corriente que circula por ella, induciendo una fuerza electromotriz sobre la misma.

En una bobina de N espiras, a travs de la cual circula una corriente I, la inductancia est dada por, Universidad Catlica Cuenca- Azogues. Considerando la ley de Faraday la autoinductancia en una bobina origina una fuerza contraelectromotriz dada por, Circuitos Magnticos. Si consideramos una trayectoria bien definida para un flujo magntico como en el caso de los materiales ferromagnticos , puede considerarse un circuito magntico.

Un circuito cerrado de material ferromagntico excitado por una serie de espiras de alambre a travs de los cuales circula una corriente representa un circuito magntico. La fuerza magnetomotriz est dada por la bobina e I, la corriente que circula por ella.

De forma anloga a la ley de circuitos de Ohm y si siendo el flujo magntico tenemos que: Principios de Levitacin. En el estudio de la levitacin se puede encontrar dos principios bsicos, principio de levitacin por atraccin y principios de levitacin por repulsin, donde el primero de estos principios resulta de muy atractivo en la Universidad Catlica Cuenca- Azogues. Cada uno de estos dos principios es descrito a continuacin: Principio de levitacin por repulsin En la levitacin por repulsin figura 1 , las corrientes inducidas en un cuerpo conductor genera las fuerzas de levitacin.

Este sistema es estable en su eje vertical, y tiene un punto de equilibrio natural Figura 1. Principio de levitacin por fuerzas repulsin Principio de levitacin por atraccin En la levitacin por atraccin figura 2 , un cuerpo es atrado por un flujo magntico en contra de la gravedad. El equilibrio que se produce entre la fuerza de atraccin y de la gravedad es inestable, por lo que la levitacin por atraccin es prcticamente imposible sin la ayuda de un sistema de control Figura 2.

Principio de levitacin por fuerzas de atraccin. Este se le conoce como control proporcional. En Universidad Catlica Cuenca- Azogues. A continuacin se muestra el diagrama electrnico de este modo de control y su respectiva forma de onda que muestra a la salida, por medio de un osciloscopio: Figura. Y tendr un efecto en el error en estado estable slo si el error vara con respecto al tiempo. Adems que es un filtro pasa altas. Pero tiene desventaja porque ste acenta el ruido a altas frecuencias.

Los sistemas electromagnticos EMS depende de las fuerzas atractivas entre los electroimanes y un material ferromagntico objeto levitable. Debido a que la fuerza de atraccin se incrementa a menor distancia, tales sistemas son inestables y las corrientes del imn deben controlarse para mantener la altura de la suspensin deseada.

Adems el espaciado entre el electroimn y el objeto necesita ser pequeo. El sistema de levitacin se compone de un electroimn que permanece fijo y el objeto levitante que est debajo del primero, como se muestra en la figura 4: Figura. El electroimn est formado por un ncleo tipo E laminado de material ferromagntico con alambre esmaltado N 23 enrollado veces a su alrededor.

Donde x t es la distancia entre la esfera metlica y la bobina que genera un campo magntico, xo es considerada como la posicin de la referencia para una levitacin apropiada.

La fuerza electromagntica que acta sobre la esfera metlica est dada por. El objetivo de control es regular el valor de la corriente del circuito del electroimn, de tal forma que la esfera se mantenga suspendida en la posicin constante el voltaje aplicado al circuito es y acta como variable de control Realizacin del Levitador Magntico.

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