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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO
UNIDAD DE NIVELACION
CICLO DE NIVELACIÓN: SEPTIEMBRE 2013 / FEBRERO 2014
PROYECTO DE NTEGRACIÓN DE SABERES
TREN DE LEVITACIÓN
1.- DATOS INFORMATIVOS
- NOMBRES Y APELLIDOS: EversonAdriánCaizaluisaCaza
CristianEduardoTanguilaEspinosa
-NOMBRE DE LA TUTORA: Ing. María Isabel Uvidia
- DIRECCIÓN DOMICILIARIA: Ciudadelasultanade losandes
CiudadelaJuanMontalvo
- TELÉFONOS: 0984861993
0959707248
- MAIL: everson-adrian@live.com
cristianeduar04@hotmail.com
- FECHA: 27 de enero del 2013
RIOBAMBA–ECUADOR
2
ÍNDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN.............................................................................................2
 CAPITULO I
EL PROBLEMA…………………..………………………………………….....3
1.1 EL TEMA…………………………………………………..………..…..3
1.2 OBJETIVOS
1.2.1. GENERAL…………………………………………………...…………….3
1.2.2. ESPECÍFICO………………………………………………………....…...3
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………..…..3-4
1.4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA…………………….………..…….4
1.5. JUSTIFICACIÓN…………………………………………….…..…........4
1.6. HIPOTESIS……………………………………………………...….........4
 CAPITULO II
MARCO REFERENCIAL…………….………………………………...……..5
2.1 MARCO TEORICO…..…………………………………………….…5-14
2.2 MARCO CONCEPTUAL……………………………………………14-16
 CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO…………………………………………...…....17
3.1 ENFOQUE METODOLÓGICO……….…………………………………17
3.1.1. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS A EMPLEAR……....………...…..17
3.1.2. PLAN DE ACCIÓN………………………….………..….…..……..…18
3.1.3. MATRIZ DEL PLAN DE TRABAJO………………..…..…………....19
3.1.4. TIEMPO ESTIMADO DEL PROYECTO………...…………............20
3.2 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓNDE DATOS………………….…20-21
3.2 TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS…22-25
 CAPITULO IV
PROPUESTADEL PROYECTO…………………………………...….....26
4.1 ESTUDIO DIAGNÓSTICO…….……………………………...…..……26
4.2 FACTIBILIDAD...…………..….…………………………...……….…...26
4.3 DISEÑO DE LA PROPUESTA……………..………….……………...27
4.3.1 MATERIALES.……………………………….…..…….…...………....27
4.4 APLICACIÓN PRÁCTICA DE LA PROPUESTA.……………………28
4.4.1 PROCEDIMIENTO….…………...……………….……......……..…28
4.4.2 CÁLCULOS………………..…………..………..….……….……28-29
4.4.3 PLANOS……………….……….…………..…………………………30
CONCLUSIONES……………….…………………………..………………..…...31
RECOMENDACIONES…………………………….……………………..….31
BIBLIOGRAFÍA…………………………………….…………………………...31
ANEXOS…………………………………………..……………………….....32-34
3
INTRODUCCIÓN
La razón de investigar el funcionamiento y su posterior experimentación del tren a
levitación es no seguir utilizando las mismas energías no renovables provenientes
del petróleo las cuales aparte de ser contaminantes se terminarán a cierto lapso
de tiempo, como consiguiente procedemos a aprovechar la utilización de energías
provenientes con el ámbito eléctrico y electromagnético.
Al analizar el ámbito costos, recursos, movilidad en un cierto lapso de tiempo va a
ser más conveniente y se pretende se implante este sistema en los próximos años a
fin de terminar con la saturación en las ciudades y a su vez reducir ampliamente el
tiempo que nos tardamos en trasladarnos de un determinado sitio a otro.
4
CAPITULO I
EL PROBLEMA
1.1 TEMA
TREN DE LEVITACION
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo General de la investigación
Demostrar que el medio de transporte es decir el tren de levitación a introducirse en
nuestro medio sería una muy buena alternativa de implementación y que traería
nuevos prospectos de desarrollo a fin de utilizar alternativas de energía provenientes
de fuentes de recursos renovables basándonos en la energía eléctrica y campos
magnéticos.
1.2.2. Objetivos Específicos de investigación
 Cumplir los requerimientos expuestos paso a paso a fin de que nuestro
prototipo exprese lo que se pretende demostrar y simular lo que a la larga
representaría la implementación de nuestro modelo.
 Satisfacer y demostrar que sería pertinente utilizarlo en nuestro país nuestro
modelo de tren a levitación y qué beneficios nos traería al empezar a usarlo
en nuestra sociedad y su desarrollo.
1.3. Planteamiento del problema
Fundamentalmente el problema radica en la falta de investigación y utilización de
nuevas formas para obtener energía, principalmente en conservar los estereotipos
sociales que nos mantienen ligados a la única forma de obtención de energía
proveniente de recursos no renovables y a su vez contaminantes es así que vemos
la manera de crear un medio de movilidad es decir un medio de transporte a base de
electromagnetismo y electricidad.
Se origina el problema a raíz de que cada vez se incurre en estar estrechamente
dependientes de los derivados del petróleo, pues recurrir a nuevas formas de
obtención de energía sería dar un paso a no depender solo de una forma de
energía.
5
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, el tiempo
ahorrado en cada viaje, y la optimización y utilización de nuevos mecanismos con
funcionamiento distintos a los ya conocidos.
1.4. Formulación del problema
¿La energía proveniente de recursos renovables y no contaminantes para la
implementación de un nuevo medio de transporte a base de electricidad y
electromagnetismo en un inicio independientemente de la relación de costos a
comparación del ferrocarril a la larga es decir en unos años ayudaría a la
sustentabilidad del país, conformidad de quienes habitamos en él, la conservación
del ambiente y la descongestión y no saturación en donde la afluencia de movilidad
de personas es mayor?
1.5. Justificación
Es importante buscar nuevas alternativas de transporte a base ya no de las típicas
fuentes de energía proveniente del petróleo debido al sosiego de nuestra sociedad
enfocada solo a utilizar lo que se tiene fácil sin pensar en el ambiente y que existen
nuevas formas de energía que no son contaminantes y que nos ayuden a el
desarrollo de nuestro país.
1.6. Hipótesis
El tren de levitación a implementar en nuestro país será un recurso no contaminante
que también desempeñará como una fuente de preparación a nivel profesional ya
que serían fuentes no tan usadas con frecuencia en nuestro país para destacar su
funcionamiento y facilitar la movilidad que concierne a facilitar la demanda de
vehículos a nivel público que reducirían ampliamente y dejarían muchas de las vías
de estar tan congestionadas ayudando también a una sustentabilidad económica
pues se mantendría constante sin requerir implementar por mucho tiempo un nuevo
medio de movilidad y que a la larga sería más económico al no necesitar de
derivados del petróleo que pueden terminarse.
6
CAPÍTULO II
MARCO DE REFERENCIA
2.1.- Marco Teórico
El tren magnético.
Principio de levitación.
En la siguiente figura se muestra la forma en la que se colocan las bobinas en las
paredes laterales.
Cuando el superconductor pasa a centímetros de estas bobinas a muy altas
velocidades, una corriente eléctrica es inducida en la bobina la cual actúa como
campo electromagnético temporalmente.
Como resultado de estos campos, existen fuerzas que empujan al superconductor
hacia arriba, teniendo así la levitación del tren.
Teoría de materiales para la fabricación de rieles magnéticos
Para explicar el magnetismo de levitación hemos supuesto que los espines de los
átomos no interaccionaban entre sí. Para explicar el ferromagnetismo hemos de
suponer que un espín dado interacciona con sus vecinos más próximos. En el
modelo de Weiss el efecto medio de los átomos vecinos a uno dado se reemplaza
por la acción de un campo magnético molecular o interno
Debido a la interacción entre espines, el estado de menor energía se consigue
cuando todos los espines apuntan en la misma dirección. A medida que se
incrementa la temperatura más espines tienden a cambiar su orientación
disminuyendo el momento magnético medio, hasta que se anula a una determinada
temperatura Tc, denominada temperatura crítica. Por encima de dicha temperatura,
el sistema de espines se comporta como un material paramagnético.
Se ha de tener en cuenta que aunque se representa los espines en una región
rectangular, la geometría adoptada en la simulación es toroidal en el sentido de que
la fila superior es contigua a la fila inferior y la columna más a la izquierda es
contigua a la columna situada en el extremo derecho.
Para producir la simulación se ha empleado el algoritmo de Metrópolis que se puede
resumir en los siguientes pasos:
cial
7
escoge un
espín al azar y se intenta cambiar su orientación.
E de energía del sistema debido al intento de cambio en la
orientación del espín seleccionado.
E es menor o igual que cero, se acepta la nueva configuración y se va al
paso 8.
E es positiva, se calcula la probabilidad de transición
r en el intervalo [0, 1)
Rh P, se acepta la nueva configuración, de otro modo se mantiene la
configuración previa, es decir, el espín no cambiaría de orientación.
configuraciones
independientes una de otra.
Principio de guía lateral.
Las bobinas de levitación están conectadas de frente entre ellas en la parte baja del
riel, generando un anillo magnético. Cuando el tren, el cual es un superconductor
magnético, se desplaza lateralmente, una corriente es inducida en el anillo,
resultando una fuerza repulsiva actuando en las bobinas de levitación del lado más
lejano del tren. Por lo tanto el tren siempre esta situado en el centro de los rieles.
8
Principio de propulsión.
Una fuerza repulsiva y una de atracción son inducidas entre los imanes para
propulsar al tren (superconductor magnético). Las bobinas de propulsión están
localizadas en las paredes laterales en ambos lados del riel, las cuales están
energizadas por una corriente alterna trifásica de una estación, creando un campo
magnético en el riel.
Los superconductores magnéticos son atraídos y empujados por el campo
magnético, elevando el tren.
Desarrollo del tren Magnético en Japón
Vehículos Experimentales
ML 100
ML 500 500 R
9
MLU 002
MLU 002N
10
Interiores del MLX 01
El tren magnético MLX01 es el primer tren que pasará por la pista de prueba
Yamanashi. El tren está compuesto por tres vagones y el principal esta diseñado en
dos formas, las dos de la manera más aerodinámica para disminuir al máximo la
fricción causada por el aire durante altas velocidades. Este modelo de tren ya tiene
asientos de prueba y frenos de la más alta tecnología, denominados como frenos
aerodinámicos y que ya están probados
11
Extensión de la Línea Yamanashi
La línea de Yamanashi se extiende 42.8 km entre Sakaigawa y Akiyama de
Yamanashi.
12
El Centro de Pruebas fue oficialmente abierto en Julio del 96, para empezar con el
programa de pruebas de velocidad, y completar las actividades realizadas con
respecto a la Levitación Magnética.
Prioridades en la Instalación de Líneas Magnéticas
Todas las líneas incluyendo la de Yamanashi intentan lograr ciertos objetivos
como los siguientes:
 Confirmar las posibilidades de seguridad, confiabilidad y estabilidad para cuando el vehículo
alcance los 500 km/h.
 Confirmar la durabilidad del vehículo y el equipo, así como también los superconductores
magnéticos.
 Asegurar que la eficiencia del vehículo sea la mejor, y lograr que las presiones que sufre el
vehículo durante el trayecto no afecte el funcionamiento de la unidad.
 Hacer que el impacto ambiental que tenga el vehículo no sea mucho.
 Lograr un sistema de control múltiple de los trenes y controlar con seguridad sus
operaciones.
 Lograr con todo lo ya mencionado, que el mantenimiento de las vías y las unidades no sea
mucho, para que el costo por viaje no sea muy caro.
Características de la Línea de Yamanashi
Supermagnetismo de la pista de prueba en Yamanashi.
13
Los imanes superconductores son lo principal para la existencia de estos trenes. Cada imán
superconductor consiste de 4 enredos superconductores. Son altamente confiables con una
largo promedio de vida útil. Consiste de un tanque cilíndrico arriba que es un tanque
almacenando helio líquido y nitrógeno. La parte inferior tiene un superconductor que genera
polos norte y sur alternamente. En un extremo del tanque antes mencionado está un
refrigerador integrado que sirve para convertir líquido el helio una vez que se evapore por la
temperatura ambiental, entre otros factores.
Instalaciones eléctricas.
Se requiere de un inversor en la instalación de energía para transformar la energía
de una compañía comercial de frecuencia normal a una frecuencia requerida para la
operación del tren magnético. En la pista de prueba se pusieron tres inversores para
tres fases respectivamente, de 38 MVA para la línea del norte y 20 MVA para la
línea del sur.
Dependiendo de la velocidad al cual viaja el tren, los inversores dan una frecuencia
de 0 a 56 Hz para 550 km/h y los inversores del sur dan una frecuencia entre 0 y 46
Hz, para velocidades menores de como 450 km/h.
14
Instalación de las bobinas para propulsión, levitación y guía.
El primero es el método del “beam”, consiste en que la portión de la pared será hecha
únicamente de concreto. Toda la construcción de esta forma se hace en la fábrica, donde se
incluye las bobinas de piso. Finalmente todo el tramo de pista es transportado a donde se
está construyendo en la pista.
Método del Panel
El segundo es el método del panel. En este método la construcción se hace en el
mismo lugar. Se construye primero uniendo las bobinas de piso con el cemento,
posteriormente por medio de tornillos especiales, se une esta parte con una pared
de concreto situada justo donde va la pista.
15
2.2.- Marco Conceptual
Tren levitación magnética
Para una demostración práctica de la ley de Lenz se usan imanes cilíndricos que se dejan caer
verticalmente en un tubo de cobre o de aluminio. Se puede comprobar experimentalmente que la
fuerzaque se opone al pesoes proporcional a la velocidad del imán. La misma situación que hemos
encontrado en el movimiento vertical de una varilla en el seno de un campo magnético uniforme.
La constante de proporcionalidad k depende del cuadrado del momento magnético del imán y de
otros factores como el diámetro interior del tubo, espesor, su conductividad, etc.
Supongamosque un imáncilíndricodesciende consupoloSur (colorazul) delante yel poloNorte (de
colorrojo) detrás.En un imánlas líneasdel campomagnéticosalendel poloNorte yentranenel polo
Sur.
En la figura,se ilustra la aplicación de la ley de Lenz para explicar el origen de la fuerza retardadora
sobre el imán en términos de las corrientes inducidas en el tubode metal.
Durante el descensodel imán,el flujodel campomagnéticose incrementaenlaregiónpróximaal
poloSur del imán.Se originaenel tubouna corriente inducidaque se opone al incrementode flujo,
enel sentidoindicadoenlaparte (1) de lafigura.
El flujodel campomagnéticodisminuyeenlaregiónpróximaal poloNorte,se originaenel tubouna
corriente inducidaque se opone aladisminucióndel flujo,enel sentidoindicadoenlaparte (1) de la
figura
El momentomagnéticodel imányel de lascorrientesinducidasestárepresentadoenlaparte (2) de
la figura.
16
En la figura(3),mostramosla equivalenciaentre corrientes(espirasosolenoides)e imanes,de modo
que la corriente inducidapordelantedel poloNorte equivale aunimánde polaridadopuesta,porlo
que se repelen.Sinembargo,lacorriente inducidapordetrásdel imántiene lamismapolaridadpor
loque se atraen.
El imánque desciende porel tubometálicoesrepelidopordelante yatraídopor detrás.Esta esla
explicacióncualitativade lafuerzade frenadoentérminosde laleyde Lenz.
Magnetismo y su Aplicación en el tren Magnético
El campo magnético es producido por la corriente eléctrica que circula por un conductor.
Para determinar la expresión del campo magnético producido por una corriente se emplean
dos leyes: la ley de Biot-Savart y la ley de Ampére.
La ley de Biot-Savart
La ley de Biot-Savart calcula el campo producido por un elemento dl de la corriente de
intensidad I en un punto P distante r de dicho elemento.
El campo producido por el elemento tiene la dirección perpendicular al plano determinado
por los vectores unitarios ut y ur, y sentido el que resulta de la aplicación de la regla del
sacacorchos. ut es un vector unitario que señala la dirección de la corriente, mientras
que ur señala la posición del punto P desde el elemento de corriente dl.
Salvo en el caso de espira circular o de una corriente rectilínea, la aplicación de la ley de
Biot-Savart es muy complicada.
Para determinar el campo producido por un solenoide sumando los campos producidos por
cada una de las espiras que lo forman, existen dos aproximaciones:
Mediante la ley de Biot-Savart se calcula en primer lugar, el campo producido por una espira
circular en un punto de su eje. Se supone que el solenoide de longitud L tiene N espiras muy
apretadas, y se calcula la contribución de todas las espiras al campo en un punto del eje del
solenoide.
17
La ley de Ampére
Si suponemos que el solenoide es muy largo y estrecho, el campo es aproximadamente
uniforme y paralelo al eje en el interior del solenoide, y es nulo fuera del solenoide. En esta
aproximación es aplicable la ley de ampére.
El primer miembro, es la circulación del campo magnético a lo largo de un camino cerrado, y
en el segundo miembro el término I se refiere a la intensidad que atraviesa dicho camino
cerrado.
Para determinar el campo magnético, aplicando la ley de Ampére, tomamos un camino
cerrado ABCD que sea atravesado por corrientes. La circulación es la suma de cuatro
contribuciones, una por cada lado.
Examinaremos, ahora cada una de las contribuciones a la circulación:
bien B y dl son perpendiculares, o bien es nulo en el exterior del solenoide.
B es nulo en el exterior del solenoide .
es Bx, siendo x la longitud del lado.
La corriente que atraviesa el camino cerrado ABCD se puede calcular fácilmente:
Si hay N espiras en la longitud L del solenoide en la longitud x habrá Nx/L espiras por las
que circula una intensidad I. Por tanto, la ley de Ampare se escribe para el solenoide.
En el laboratorio, se emplean limaduras de hierro para hacer visibles las líneas de campo
magnético, este procedimiento es muy limitado y requiere bastante cuidado por parte del
experimentador.
En el programa de ordenador se calcula, aplicando la ley de Biot-Savart, el campo
magnético producido por cada espira en un punto de su plano meridiano, mediante
procedimientos numéricos. Posteriormente, determina el campo magnético resultante,
sumando vectorialmente el campo producido por cada espira en dicho punto.
Posteriormente, se trazan las líneas del campo magnético que pasan por puntos
equidistantes a lo largo del diámetro del solenoide.
Podemos ver el mapa de las líneas del campo magnético de:
 Una espira circular
 Dos espiras, esta disposición simula las denominadas bobinas de Helmholtz, utilizadas en el
laboratorio para producir campos magnéticos aproximadamente uniformes en la región entre
las dos bobinas.
 Muchas espiras iguales y equidistantes, que simula el solenoide.
18
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
3. Diseño de la investigación
3.1. Enfoque metodológico a utilizar (descripción de las fases o procedimiento a
realizar en la ejecución del proyecto)
3.1.1. Técnicas e instrumentos a emplear
Fase Técnica Instrumento Producto Tiempo
Diagnostico Soldadura Soldadora Prototipo 1 hora
Plan de
proyecto
Inventario Dialogo sobre
cuanto invertir Prototipo 1 hora
Resultados
Búsqueda de
información.
Internet
Información
para el
prototipo
1 hora
Diagnostico Encuesta Hojas
Colaboración
para el
prototipo
2 horas
Plan de
proyecto
Reuniones Dialogo
Acuerdos para
el prototipo
1 hora
Resultados Asesoría
Dialogo con
ingenieros
Ayuda para el
prototipo
1 hora
Diagnostico Cuestionarios
Hojas y
preguntas
Colaboración
para el
prototipo
2 horas
Plan de
proyecto
Determinar
ciertas
condiciones
Dialogo
Para completar
el prototipo
1 hora
Resultados
Obtener
acuerdos
Dialogo
Para realizar el
prototipo
1 hora
Diagnostico Evaluar Hojas Prototipo 2 horas
Plan de
proyecto
Inventario
Materiales a
utilizar
Elaboración del
prototipo
3 horas
Resultados Coordinación Dialogo
Elaborar el
prototipo
2 horas
19
3.1.2. Plan de acción
Actividades a
realizar
Información a
obtener
Medios de
registro de
información
Recursos
Fecha de inicio
y culminación
Observaciones
Ver si no hay
errores
Libros e
internet
Bibliografía y
links
23-11-2013
28-11-2013
Elaboración de
un cronograma
Orden para la
elaboración
Dialogo Conversación
16-11-2013
18-11-2013
Creación de
estrategias
Formato para la
elaboración
Dialogo Conversación
19-11-2013
19-11-2013
Elaborar un
formato para el
control del
seguimiento de
actividades
Pasos que se
deben seguir para
realizar el
proyecto
correctamente.
Internet y libros
Bibliografía y
links
20-11-2013
Delegar
personas para
cada actividad
Que sean más
responsables y
elaborarlo
correctamente
Dialogo Conversación 20-11-2013
Controlar las
actividades
Buena
elaboración del
proyecto
Dialogo Conversación
20-11-2013
02-11-2013
Definir las
variables a
utilizarse
Mejor
información
Libros e internet
Bibliografía y
links
17-11-2013
Definir
acontecimientos
futuros
No cometer
errores en la
elaboración
Dialogo Conversación 03-12-2013
25-01-2014
Diseñar el
prototipo
Una buena
presentación.
Libros e internet
Bibliografía y
links
10-12-2013
20-01-2013
20
3.1.3. Matriz del Plan de trabajo
Fase /Actividad 1:Elaboración de la maqueta del tren de levitación.
Competencia a desarrollar: Presentación del proyecto culminado correctamente.
Estrategia de
aprendizaje
Actividad/ tarea
Ejes
trasversales
Recursos Responsables
Tiempo
y Fechas
Obtener ideas Hacer preguntas.
Habilidades del
pensamiento
Encuestas
Todos los
integrantes 24h
Discusión de los
integrantes
Debatir ideas.
Introducción al
conocimiento
científico.
Discusión
grupal
Todos los
integrantes 2h
Resultados
esperados
Relacionar el
contenido del
proyecto con
material cubierto en
otras materias.
Relación
Todos los
integrantes
408h
Diseñar Diseñar planos Dibujo técnico Estrategias
Todos los
integrantes 72h
Procedimiento
Recolectar y
analizar datos.
Organización
del aprendizaje.
Internet y
libros
Todos los
integrantes
408h
Productos
Los resultados del
proyecto deben
ejemplificar
situaciones reales.
Comparar
Todos los
integrantes 24h
Aportar
Comunicar sus
ideas y
descubrimientos.
Introducción a
la comunicación
científica.
Compartir
Todos los
integrantes
10h
Apoyo
Instruccional
Proveer procesos
de evaluación
objetiva
Aportar
Todos los
integrantes
6h
Ambiente de
aprendizaje
Llevar los
aprendizajes más
allá de la sala de
clases.
Organización
del aprendizaje.
Exteriorizar
Todos los
integrantes
408h
Actividades de
aprendizaje
Corrección de
detalles.
Presentación.
Demostración.
Organización
del aprendizaje.
Finalización
Todos los
integrantes
72h
21
3.1.4. Tiempo estimado del proyecto
Matriz de control del Proyecto:
TREN DE LEVITACION
Fase/
Act.
Descripción
Programación Semanal Responsable
Tiempo
y fecha
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Encuestas / / / / / / / / / /
Todos los
integrantes.
4h
29-11-13
2-12-13
2 Entrevistas / / / / / / / / / /
Todos los
integrantes.
1h
23-10-13
3
Inventario
de los
materiales
/ / / / / / / / / /
Todos los
integrantes
2h
2-11-13
2-12-13
Elaborado por: Firma: Fecha:
3.2. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
-ENTREVISTA
La técnica utilizada es la de la entrevista, realizada a un docente de la institución de
nombre Ing. Diego Machado, la cual consta de las siguientes preguntas:
¿Qué tipo de materiales podemos utilizar en este proyecto?
Los imanes, alambre de cobre, rejilla de refrigeradora, metales conductores de
electricidad, plásticos, etc.
¿Qué costo tendría este proyecto?
Tendría un costo muy elevado ya que los materiales que se utilizan para este tipo de
proyectos son muy costosos.
¿Qué cantidad de electricidad se puede administrar a las vías para que estas
tengan magnetismo?
No nos podría decir cuánto se necesita para que este proyecto tenga magnetismo ya
que no es ingeniero electrónico.
¿Qué tipo de riesgos tenemos al realizar este proyecto sin el apoyo de
personas especializadas en la materia?
Electrocutarnos, las posibilidades de quemaduras median las cargas eléctricas que
administremos a este proyecto.
22
La segunda técnica utilizada es la de la encuesta, la cual consta de las siguientes
preguntas:
-ENCUESTA
1. ¿Piensa usted que al implementar un nuevo sistema de movilidad en este
caso el tren a levitación en nuestro país disminuiría el tiempo de viaje de un
lugar a otro?
…………………………………………………………………………………………
2. ¿Cree que el viajar en este tipo de transporte sería más cómodo para
trasladarse a grandes distancias?
…………………………………………………………………………………………
3. ¿Está usted de acuerdo con la utilización de energías provenientes de
recursos renovables mas no del petróleo?
…………………………………………………………………………………………
4. ¿Cree que nuestro país está preparado para asumir el reto de construir dicho
tren?
………………………………………………………………………………………
5. ¿Se tiene profesionales que específicamente conozcan del tema que abarca
la optimización del sistema de movilidad?
…………………………………………………………………………………………
6. ¿Generaría una amplia gama de fuentes de trabajo su construcción?
…………………………………………………………………………………………
7. ¿Cuándo entre en funcionamiento cree que abarcaría varias plazas de trabajo
para los futuros profesionales?
……………………………………………………………………………………….
8. ¿Nuestro país tiene problemas con la movilidad de los vehículos; es decir el
tráfico?
……………………………………………………………………………………….
9. Si su respuesta es sí en la pregunta 8 responda: ¿Cree usted que este medio
de transporte aliviaría el tráfico?
…………………………………………………………………………………
10.¿Necesita el país un nuevo medio de transporte que ayude al desarrollo del
mismo?
…………………………………………………………………………………………
23
3.3. Técnica de procesamiento y análisis de datos
TABULACIÓN DE LAS ENCUESTAS
100%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Cuenta de 2. ¿Cree que el viajar en este tipo de transporte
sería más cómodo para trasladarse a grandes distancias?
%
DE
ENCUESTAS
SI
SI
100%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Cuenta de 1. ¿Piensa usted que al implementar un nuevo
sistema de movilidad en este caso el tren a levitación en
nuestro país disminuiría el tiempo de viaje de un lugar a otro?
%
DE
ENCUESTAS SI
SI
100%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Cuenta de 3. ¿Está usted de acuerdo con la utilización de
energías provenientes de recursos renovables mas no del
petróleo?
%
DE
ENCUESTAS
SI
SI
24
60%
40%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
NO SI
%
DE
ENCUESTAS
Cuenta de 4. ¿Cree que nuestro
país está preparado para asumir el
reto de construir dicho tren?
NO
SI
50% 50%
0%
20%
40%
60%
NO SI
%
DE
ENCUESTAS
Cuenta de 5. ¿Se tiene
profesionalesque específicamente
conozcan del tema que abarca la
optimización del sistemade…
NO
SI
10%
90%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
NO SI
%
DE
ENCUESTAS
Cuenta de 6. ¿Generaría una
amplia gama de fuentes de trabajo su
construcción?
NO
SI
90%
10%
25
100%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Cuenta de 7. ¿Cuándo entre en funcionamiento cree que
abarcaría varias plazas de trabajo para los futuros
profesionales?
%
DE
ENCUESTAS
SI
SI
5%
95%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
NO SI
%
DE
ENCUESTAS
Cuenta de 9. Si su respuesta es sí
en la pregunta 8 responda:¿Cree
usted que este medio de transporte
aliviaría el tráfico?
NO
SI
95%
5%
15%
85%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
NO SI
%
DE
ENCUESTAS
Cuenta de 8. ¿Nuestro país tiene
problemascon la movilidad de los
vehículos; es decir el tráfico?
NO
SI
85%
15%
26
100%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Cuenta de 10. ¿Necesita el país un nuevo medio de transporte
que ayude al desarrollo del mismo?
%
DE
ENCUESTAS
SI
SI
27
CAPÍTULO IV
PROPUESTA DEL PROYECTO
4.1.-Estudio Diagnóstico
Nos basamos en si se aplica o no y es sumamente trascendental analizar las
siguientes preguntas de la encuesta:
1. ¿Necesita el país un nuevo medio de transporte que ayude al desarrollo del mismo?
2. ¿Está usted de acuerdo con la utilización de energías provenientes de recursos renovables
más no del petróleo?
Pues bien aplica nuestra propuesta en ambas al decir que estamos en un país en desarrollo y no por
eso tiene que estancarse en los mismos proyectos, sino más bien en adelantarnos a lo que vamos a
necesitar en un futuro próximo.
4.2.-Factibilidad
Objetos, Instrumentos, Materiales:
¿Es factible o no?
Como prototipo, los materiales usados para su elaboración son accesibles excepto
por la cinta magnética que no es tan frecuente o usual conseguirlo tomando muy en
cuenta que es lo principal en nuestro prototipo.
Como Aplicativo en nuestro país partiendo desde su fuente de energía vemos que
está al alcance dentro de unos años por la cantidad de proyectos nuevos de las
hidroeléctricas generadoras de electricidad a tal punto que se la piensa exportar, el
megaproyecto del tren a levitación requeriría de materiales de importación tanto de
los materiales como de mano de obra, pues bien nuestro país aún está en desarrollo
pero a la larga va a requerir de un medio de transporte más óptimo.
28
4.3.- Diseño de la propuesta
4.3.1. Materiales
-Cinta magnética (para las rieles )
-Madera de balza (para elaboración del tren)
-Vidrio de 4mm
-Tabla triplex de 82cm x 90cm
-Cartón
-Papel higiénico
-Pliego de cartulina negra
-Goma
-Base de madera de 16cm x 3cm
-Base de madera para montaña
-Madera para estación y sostén del vidrio
-Láminas de casas prefabricadas
-Navaja
-Aerosol color rojo
-Aerosol color blanco
-Aerosol color gris
-Aerosol color amarillo
-Pistola de silicona
-6 barras de silicona
-Goma
-Papel césped
-Escuadras y reglas
-Vehículos a escala
29
-Personas a escala de plástico
-Pincel
4.4.-Aplicación práctica de la propuesta
4.4.1. Procedimiento
Cogemos las 2 dos cintas magnéticas, las cuales van a ser los rieles, y las
colocamos con su polo norte apuntando hacia arriba y se colocan a 1 mm de vidrio
- En los lados y a los extremos, se colocan las láminas vidrio de 4mm, uno de los lados se
puede hacer de plástico acrílico para que se pueda ver flotar al tren sobre las rieles.
La plataforma o tren se hace con la madera de balza.
-En la parte de abajo se coloca las cintas magnéticas, las cuales deben tenerla
misma longitud que la plataforma. Se colocan muy cerca de los bordes.
- En los extremos del tren y a ambos lados de la base se coloca la cinta magnética
con la cara norte hacia arriba, de manera que funcionen como resortes cuando el
tren llegue a uno de los extremos de la base y los imanes colocados a la misma
altura se repelan.
- En los bordes de la plataforma se puede encolar cinta adhesiva. Esto permite que
el tren tenga una superficie resbalosa a los lados. En nuestro caso impementamos
una barra de silicicona como guía para reducir la friccion que se tiene en los bordes.
4.4.2 Cálculos
Partiendo de las características de la cinta magnética:
La cinta magnética está con un cortador plástico. La cinta magnética se hace del
imán de goma con el pegamento. Cuadros adhesivos de una, poder lateral y puesto
otro lado en superficie del hierro.
Pues bien en las rieles de la superficie en la tierra se encuentran un par de cintas
con una medida de longitud 80 cm con un espesor de 3mm y de ancho cada riel de
1cm. Esto analizando las rieles, en donde va a estar el polo norte del imán
proyectado hacia el tren.
A continuación las descripciones del tren, el cual posee en su estructura madera de
balza la cual permite aprovechar su cantidad de masa por el hecho de que es
sumamente liviano pesando individualmente 1 onza y luego al colocar un par de
cintas magnéticas las cuales van a actuar como rieles con medidas de longitud
22cm cada una un espesor de 3mm y un ancho de 1cm llegaría a pesar 2 onzas y
por motivo de reducir el nivel de fricción que se encuentra en el vidrio colocamos una
barra de silicona con peso de 0.35 y finalmente el tren llegaría a pesar 2.35 onzas.
30
Efecto Meissner.- Por el cual un material puede levitar gracias a la repulsión
existente entre los polos iguales de dos imanes los electrones modifican sus órbitas
de modo que compensan el campo magnético externo de modo que en el interior, el
campo sea nulo. Por tanto un objeto estará bajo levitación magnética cuando la
fuerza generada por la repulsión electromagnética es lo suficientemente fuerte para
equilibrar el peso del objeto.
El equilibrio de fuerza magnética y mecánica.
F = ma
La sumatoria de fuerzas está dada por la ecuación:
F = mg − kv + F(y, i) ==> mg − kv + F(y, i) = ma
kv: Fuerzaoriginadaporlafriccióno rozamientodel cuerpo.
F(y,i) : Fuerzaejercidaporlasbobinasde losraíles.
4.4.3 Plano, maqueta, aportes, configuraciones.
1cm
22cm
3mm
Espesor
imanes
31
CONCLUSIONES
-En este experimento la principal característica que tiende a ser evidente es que los polos iguales
delos imanes se repeleny los polosdesiguales se atraen.
- En la realización de este experimento, se demuestran las fuerzas de atracciónde los imanes, las
cuales, junto al efecto de meissner, hacer que el tren pueda levitar.
- Por la acción de la repulsión de los imanes, y gracias a esto se crea una fuerza que tiende a
separarlos y éstafuerza es la que utilizan los trenes paralevitar e iravanzando.
RECOMENDACIONES
-En el ámbito del prototipo para su correspondiente elaboración y su funcionamiento
adecuado se debe centrar en hacer que el tren tenga el menor peso posible para
que su levitación no tenga mayor dificultad, a su vez a los costados involucrar un
material que en lo posible tenga fricción despreciable y se deslice fácilmente.
-En el aplicativo en sí, apenas el país empiece con su funcionamiento de las nuevas
centrales hidroeléctricas en vez de exportar como piensa hacer el mandatario se
podría aplicar la electricidad adquirida en el megaproyecto del tren de levitación en
donde de a poco lo invertido fuera de ser tanto una entrada de sustento para el país
sería un derecho ya que la comodidad y ahorro del tiempo no tiene que negarse,
pero analizando a su vez generaría gran cantidad de nuevos puestos de trabajo de
todas las áreas y no dependeríamos únicamente de los extranjeros.
BIBLIOGRAFÍA
Fuentes electrónicas
http://eltamiz.com/
http://www.tendencias21.net/
http://www.taringa.net/posts/apuntes-y-monografias/965076/MagLev_-Trenes-que-
levitan.html
http://trenesinside.wordpress.com/2010/01/31/maglev-trenes-de-levitacion-
magnetica/
http://www.cienciafacil.com/paginamaglev.html
http://urbanity.blogsome.com/2006/01/25/el-tren-de-levitacion-magnetica
32
Anexos
Fotos del proceso de construcción:
33
34
35

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Proyecto integrador de saberes - TREN DE LEVITACIÓN

  • 1. 1 ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO UNIDAD DE NIVELACION CICLO DE NIVELACIÓN: SEPTIEMBRE 2013 / FEBRERO 2014 PROYECTO DE NTEGRACIÓN DE SABERES TREN DE LEVITACIÓN 1.- DATOS INFORMATIVOS - NOMBRES Y APELLIDOS: EversonAdriánCaizaluisaCaza CristianEduardoTanguilaEspinosa -NOMBRE DE LA TUTORA: Ing. María Isabel Uvidia - DIRECCIÓN DOMICILIARIA: Ciudadelasultanade losandes CiudadelaJuanMontalvo - TELÉFONOS: 0984861993 0959707248 - MAIL: everson-adrian@live.com cristianeduar04@hotmail.com - FECHA: 27 de enero del 2013 RIOBAMBA–ECUADOR
  • 2. 2 ÍNDICE GENERAL INTRODUCCIÓN.............................................................................................2  CAPITULO I EL PROBLEMA…………………..………………………………………….....3 1.1 EL TEMA…………………………………………………..………..…..3 1.2 OBJETIVOS 1.2.1. GENERAL…………………………………………………...…………….3 1.2.2. ESPECÍFICO………………………………………………………....…...3 1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………..…..3-4 1.4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA…………………….………..…….4 1.5. JUSTIFICACIÓN…………………………………………….…..…........4 1.6. HIPOTESIS……………………………………………………...….........4  CAPITULO II MARCO REFERENCIAL…………….………………………………...……..5 2.1 MARCO TEORICO…..…………………………………………….…5-14 2.2 MARCO CONCEPTUAL……………………………………………14-16  CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO…………………………………………...…....17 3.1 ENFOQUE METODOLÓGICO……….…………………………………17 3.1.1. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS A EMPLEAR……....………...…..17 3.1.2. PLAN DE ACCIÓN………………………….………..….…..……..…18 3.1.3. MATRIZ DEL PLAN DE TRABAJO………………..…..…………....19 3.1.4. TIEMPO ESTIMADO DEL PROYECTO………...…………............20 3.2 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓNDE DATOS………………….…20-21 3.2 TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS…22-25  CAPITULO IV PROPUESTADEL PROYECTO…………………………………...….....26 4.1 ESTUDIO DIAGNÓSTICO…….……………………………...…..……26 4.2 FACTIBILIDAD...…………..….…………………………...……….…...26 4.3 DISEÑO DE LA PROPUESTA……………..………….……………...27 4.3.1 MATERIALES.……………………………….…..…….…...………....27 4.4 APLICACIÓN PRÁCTICA DE LA PROPUESTA.……………………28 4.4.1 PROCEDIMIENTO….…………...……………….……......……..…28 4.4.2 CÁLCULOS………………..…………..………..….……….……28-29 4.4.3 PLANOS……………….……….…………..…………………………30 CONCLUSIONES……………….…………………………..………………..…...31 RECOMENDACIONES…………………………….……………………..….31 BIBLIOGRAFÍA…………………………………….…………………………...31 ANEXOS…………………………………………..……………………….....32-34
  • 3. 3 INTRODUCCIÓN La razón de investigar el funcionamiento y su posterior experimentación del tren a levitación es no seguir utilizando las mismas energías no renovables provenientes del petróleo las cuales aparte de ser contaminantes se terminarán a cierto lapso de tiempo, como consiguiente procedemos a aprovechar la utilización de energías provenientes con el ámbito eléctrico y electromagnético. Al analizar el ámbito costos, recursos, movilidad en un cierto lapso de tiempo va a ser más conveniente y se pretende se implante este sistema en los próximos años a fin de terminar con la saturación en las ciudades y a su vez reducir ampliamente el tiempo que nos tardamos en trasladarnos de un determinado sitio a otro.
  • 4. 4 CAPITULO I EL PROBLEMA 1.1 TEMA TREN DE LEVITACION 1.2. Objetivos 1.2.1. Objetivo General de la investigación Demostrar que el medio de transporte es decir el tren de levitación a introducirse en nuestro medio sería una muy buena alternativa de implementación y que traería nuevos prospectos de desarrollo a fin de utilizar alternativas de energía provenientes de fuentes de recursos renovables basándonos en la energía eléctrica y campos magnéticos. 1.2.2. Objetivos Específicos de investigación  Cumplir los requerimientos expuestos paso a paso a fin de que nuestro prototipo exprese lo que se pretende demostrar y simular lo que a la larga representaría la implementación de nuestro modelo.  Satisfacer y demostrar que sería pertinente utilizarlo en nuestro país nuestro modelo de tren a levitación y qué beneficios nos traería al empezar a usarlo en nuestra sociedad y su desarrollo. 1.3. Planteamiento del problema Fundamentalmente el problema radica en la falta de investigación y utilización de nuevas formas para obtener energía, principalmente en conservar los estereotipos sociales que nos mantienen ligados a la única forma de obtención de energía proveniente de recursos no renovables y a su vez contaminantes es así que vemos la manera de crear un medio de movilidad es decir un medio de transporte a base de electromagnetismo y electricidad. Se origina el problema a raíz de que cada vez se incurre en estar estrechamente dependientes de los derivados del petróleo, pues recurrir a nuevas formas de obtención de energía sería dar un paso a no depender solo de una forma de energía.
  • 5. 5 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, el tiempo ahorrado en cada viaje, y la optimización y utilización de nuevos mecanismos con funcionamiento distintos a los ya conocidos. 1.4. Formulación del problema ¿La energía proveniente de recursos renovables y no contaminantes para la implementación de un nuevo medio de transporte a base de electricidad y electromagnetismo en un inicio independientemente de la relación de costos a comparación del ferrocarril a la larga es decir en unos años ayudaría a la sustentabilidad del país, conformidad de quienes habitamos en él, la conservación del ambiente y la descongestión y no saturación en donde la afluencia de movilidad de personas es mayor? 1.5. Justificación Es importante buscar nuevas alternativas de transporte a base ya no de las típicas fuentes de energía proveniente del petróleo debido al sosiego de nuestra sociedad enfocada solo a utilizar lo que se tiene fácil sin pensar en el ambiente y que existen nuevas formas de energía que no son contaminantes y que nos ayuden a el desarrollo de nuestro país. 1.6. Hipótesis El tren de levitación a implementar en nuestro país será un recurso no contaminante que también desempeñará como una fuente de preparación a nivel profesional ya que serían fuentes no tan usadas con frecuencia en nuestro país para destacar su funcionamiento y facilitar la movilidad que concierne a facilitar la demanda de vehículos a nivel público que reducirían ampliamente y dejarían muchas de las vías de estar tan congestionadas ayudando también a una sustentabilidad económica pues se mantendría constante sin requerir implementar por mucho tiempo un nuevo medio de movilidad y que a la larga sería más económico al no necesitar de derivados del petróleo que pueden terminarse.
  • 6. 6 CAPÍTULO II MARCO DE REFERENCIA 2.1.- Marco Teórico El tren magnético. Principio de levitación. En la siguiente figura se muestra la forma en la que se colocan las bobinas en las paredes laterales. Cuando el superconductor pasa a centímetros de estas bobinas a muy altas velocidades, una corriente eléctrica es inducida en la bobina la cual actúa como campo electromagnético temporalmente. Como resultado de estos campos, existen fuerzas que empujan al superconductor hacia arriba, teniendo así la levitación del tren. Teoría de materiales para la fabricación de rieles magnéticos Para explicar el magnetismo de levitación hemos supuesto que los espines de los átomos no interaccionaban entre sí. Para explicar el ferromagnetismo hemos de suponer que un espín dado interacciona con sus vecinos más próximos. En el modelo de Weiss el efecto medio de los átomos vecinos a uno dado se reemplaza por la acción de un campo magnético molecular o interno Debido a la interacción entre espines, el estado de menor energía se consigue cuando todos los espines apuntan en la misma dirección. A medida que se incrementa la temperatura más espines tienden a cambiar su orientación disminuyendo el momento magnético medio, hasta que se anula a una determinada temperatura Tc, denominada temperatura crítica. Por encima de dicha temperatura, el sistema de espines se comporta como un material paramagnético. Se ha de tener en cuenta que aunque se representa los espines en una región rectangular, la geometría adoptada en la simulación es toroidal en el sentido de que la fila superior es contigua a la fila inferior y la columna más a la izquierda es contigua a la columna situada en el extremo derecho. Para producir la simulación se ha empleado el algoritmo de Metrópolis que se puede resumir en los siguientes pasos: cial
  • 7. 7 escoge un espín al azar y se intenta cambiar su orientación. E de energía del sistema debido al intento de cambio en la orientación del espín seleccionado. E es menor o igual que cero, se acepta la nueva configuración y se va al paso 8. E es positiva, se calcula la probabilidad de transición r en el intervalo [0, 1) Rh P, se acepta la nueva configuración, de otro modo se mantiene la configuración previa, es decir, el espín no cambiaría de orientación. configuraciones independientes una de otra. Principio de guía lateral. Las bobinas de levitación están conectadas de frente entre ellas en la parte baja del riel, generando un anillo magnético. Cuando el tren, el cual es un superconductor magnético, se desplaza lateralmente, una corriente es inducida en el anillo, resultando una fuerza repulsiva actuando en las bobinas de levitación del lado más lejano del tren. Por lo tanto el tren siempre esta situado en el centro de los rieles.
  • 8. 8 Principio de propulsión. Una fuerza repulsiva y una de atracción son inducidas entre los imanes para propulsar al tren (superconductor magnético). Las bobinas de propulsión están localizadas en las paredes laterales en ambos lados del riel, las cuales están energizadas por una corriente alterna trifásica de una estación, creando un campo magnético en el riel. Los superconductores magnéticos son atraídos y empujados por el campo magnético, elevando el tren. Desarrollo del tren Magnético en Japón Vehículos Experimentales ML 100 ML 500 500 R
  • 10. 10 Interiores del MLX 01 El tren magnético MLX01 es el primer tren que pasará por la pista de prueba Yamanashi. El tren está compuesto por tres vagones y el principal esta diseñado en dos formas, las dos de la manera más aerodinámica para disminuir al máximo la fricción causada por el aire durante altas velocidades. Este modelo de tren ya tiene asientos de prueba y frenos de la más alta tecnología, denominados como frenos aerodinámicos y que ya están probados
  • 11. 11 Extensión de la Línea Yamanashi La línea de Yamanashi se extiende 42.8 km entre Sakaigawa y Akiyama de Yamanashi.
  • 12. 12 El Centro de Pruebas fue oficialmente abierto en Julio del 96, para empezar con el programa de pruebas de velocidad, y completar las actividades realizadas con respecto a la Levitación Magnética. Prioridades en la Instalación de Líneas Magnéticas Todas las líneas incluyendo la de Yamanashi intentan lograr ciertos objetivos como los siguientes:  Confirmar las posibilidades de seguridad, confiabilidad y estabilidad para cuando el vehículo alcance los 500 km/h.  Confirmar la durabilidad del vehículo y el equipo, así como también los superconductores magnéticos.  Asegurar que la eficiencia del vehículo sea la mejor, y lograr que las presiones que sufre el vehículo durante el trayecto no afecte el funcionamiento de la unidad.  Hacer que el impacto ambiental que tenga el vehículo no sea mucho.  Lograr un sistema de control múltiple de los trenes y controlar con seguridad sus operaciones.  Lograr con todo lo ya mencionado, que el mantenimiento de las vías y las unidades no sea mucho, para que el costo por viaje no sea muy caro. Características de la Línea de Yamanashi Supermagnetismo de la pista de prueba en Yamanashi.
  • 13. 13 Los imanes superconductores son lo principal para la existencia de estos trenes. Cada imán superconductor consiste de 4 enredos superconductores. Son altamente confiables con una largo promedio de vida útil. Consiste de un tanque cilíndrico arriba que es un tanque almacenando helio líquido y nitrógeno. La parte inferior tiene un superconductor que genera polos norte y sur alternamente. En un extremo del tanque antes mencionado está un refrigerador integrado que sirve para convertir líquido el helio una vez que se evapore por la temperatura ambiental, entre otros factores. Instalaciones eléctricas. Se requiere de un inversor en la instalación de energía para transformar la energía de una compañía comercial de frecuencia normal a una frecuencia requerida para la operación del tren magnético. En la pista de prueba se pusieron tres inversores para tres fases respectivamente, de 38 MVA para la línea del norte y 20 MVA para la línea del sur. Dependiendo de la velocidad al cual viaja el tren, los inversores dan una frecuencia de 0 a 56 Hz para 550 km/h y los inversores del sur dan una frecuencia entre 0 y 46 Hz, para velocidades menores de como 450 km/h.
  • 14. 14 Instalación de las bobinas para propulsión, levitación y guía. El primero es el método del “beam”, consiste en que la portión de la pared será hecha únicamente de concreto. Toda la construcción de esta forma se hace en la fábrica, donde se incluye las bobinas de piso. Finalmente todo el tramo de pista es transportado a donde se está construyendo en la pista. Método del Panel El segundo es el método del panel. En este método la construcción se hace en el mismo lugar. Se construye primero uniendo las bobinas de piso con el cemento, posteriormente por medio de tornillos especiales, se une esta parte con una pared de concreto situada justo donde va la pista.
  • 15. 15 2.2.- Marco Conceptual Tren levitación magnética Para una demostración práctica de la ley de Lenz se usan imanes cilíndricos que se dejan caer verticalmente en un tubo de cobre o de aluminio. Se puede comprobar experimentalmente que la fuerzaque se opone al pesoes proporcional a la velocidad del imán. La misma situación que hemos encontrado en el movimiento vertical de una varilla en el seno de un campo magnético uniforme. La constante de proporcionalidad k depende del cuadrado del momento magnético del imán y de otros factores como el diámetro interior del tubo, espesor, su conductividad, etc. Supongamosque un imáncilíndricodesciende consupoloSur (colorazul) delante yel poloNorte (de colorrojo) detrás.En un imánlas líneasdel campomagnéticosalendel poloNorte yentranenel polo Sur. En la figura,se ilustra la aplicación de la ley de Lenz para explicar el origen de la fuerza retardadora sobre el imán en términos de las corrientes inducidas en el tubode metal. Durante el descensodel imán,el flujodel campomagnéticose incrementaenlaregiónpróximaal poloSur del imán.Se originaenel tubouna corriente inducidaque se opone al incrementode flujo, enel sentidoindicadoenlaparte (1) de lafigura. El flujodel campomagnéticodisminuyeenlaregiónpróximaal poloNorte,se originaenel tubouna corriente inducidaque se opone aladisminucióndel flujo,enel sentidoindicadoenlaparte (1) de la figura El momentomagnéticodel imányel de lascorrientesinducidasestárepresentadoenlaparte (2) de la figura.
  • 16. 16 En la figura(3),mostramosla equivalenciaentre corrientes(espirasosolenoides)e imanes,de modo que la corriente inducidapordelantedel poloNorte equivale aunimánde polaridadopuesta,porlo que se repelen.Sinembargo,lacorriente inducidapordetrásdel imántiene lamismapolaridadpor loque se atraen. El imánque desciende porel tubometálicoesrepelidopordelante yatraídopor detrás.Esta esla explicacióncualitativade lafuerzade frenadoentérminosde laleyde Lenz. Magnetismo y su Aplicación en el tren Magnético El campo magnético es producido por la corriente eléctrica que circula por un conductor. Para determinar la expresión del campo magnético producido por una corriente se emplean dos leyes: la ley de Biot-Savart y la ley de Ampére. La ley de Biot-Savart La ley de Biot-Savart calcula el campo producido por un elemento dl de la corriente de intensidad I en un punto P distante r de dicho elemento. El campo producido por el elemento tiene la dirección perpendicular al plano determinado por los vectores unitarios ut y ur, y sentido el que resulta de la aplicación de la regla del sacacorchos. ut es un vector unitario que señala la dirección de la corriente, mientras que ur señala la posición del punto P desde el elemento de corriente dl. Salvo en el caso de espira circular o de una corriente rectilínea, la aplicación de la ley de Biot-Savart es muy complicada. Para determinar el campo producido por un solenoide sumando los campos producidos por cada una de las espiras que lo forman, existen dos aproximaciones: Mediante la ley de Biot-Savart se calcula en primer lugar, el campo producido por una espira circular en un punto de su eje. Se supone que el solenoide de longitud L tiene N espiras muy apretadas, y se calcula la contribución de todas las espiras al campo en un punto del eje del solenoide.
  • 17. 17 La ley de Ampére Si suponemos que el solenoide es muy largo y estrecho, el campo es aproximadamente uniforme y paralelo al eje en el interior del solenoide, y es nulo fuera del solenoide. En esta aproximación es aplicable la ley de ampére. El primer miembro, es la circulación del campo magnético a lo largo de un camino cerrado, y en el segundo miembro el término I se refiere a la intensidad que atraviesa dicho camino cerrado. Para determinar el campo magnético, aplicando la ley de Ampére, tomamos un camino cerrado ABCD que sea atravesado por corrientes. La circulación es la suma de cuatro contribuciones, una por cada lado. Examinaremos, ahora cada una de las contribuciones a la circulación: bien B y dl son perpendiculares, o bien es nulo en el exterior del solenoide. B es nulo en el exterior del solenoide . es Bx, siendo x la longitud del lado. La corriente que atraviesa el camino cerrado ABCD se puede calcular fácilmente: Si hay N espiras en la longitud L del solenoide en la longitud x habrá Nx/L espiras por las que circula una intensidad I. Por tanto, la ley de Ampare se escribe para el solenoide. En el laboratorio, se emplean limaduras de hierro para hacer visibles las líneas de campo magnético, este procedimiento es muy limitado y requiere bastante cuidado por parte del experimentador. En el programa de ordenador se calcula, aplicando la ley de Biot-Savart, el campo magnético producido por cada espira en un punto de su plano meridiano, mediante procedimientos numéricos. Posteriormente, determina el campo magnético resultante, sumando vectorialmente el campo producido por cada espira en dicho punto. Posteriormente, se trazan las líneas del campo magnético que pasan por puntos equidistantes a lo largo del diámetro del solenoide. Podemos ver el mapa de las líneas del campo magnético de:  Una espira circular  Dos espiras, esta disposición simula las denominadas bobinas de Helmholtz, utilizadas en el laboratorio para producir campos magnéticos aproximadamente uniformes en la región entre las dos bobinas.  Muchas espiras iguales y equidistantes, que simula el solenoide.
  • 18. 18 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO 3. Diseño de la investigación 3.1. Enfoque metodológico a utilizar (descripción de las fases o procedimiento a realizar en la ejecución del proyecto) 3.1.1. Técnicas e instrumentos a emplear Fase Técnica Instrumento Producto Tiempo Diagnostico Soldadura Soldadora Prototipo 1 hora Plan de proyecto Inventario Dialogo sobre cuanto invertir Prototipo 1 hora Resultados Búsqueda de información. Internet Información para el prototipo 1 hora Diagnostico Encuesta Hojas Colaboración para el prototipo 2 horas Plan de proyecto Reuniones Dialogo Acuerdos para el prototipo 1 hora Resultados Asesoría Dialogo con ingenieros Ayuda para el prototipo 1 hora Diagnostico Cuestionarios Hojas y preguntas Colaboración para el prototipo 2 horas Plan de proyecto Determinar ciertas condiciones Dialogo Para completar el prototipo 1 hora Resultados Obtener acuerdos Dialogo Para realizar el prototipo 1 hora Diagnostico Evaluar Hojas Prototipo 2 horas Plan de proyecto Inventario Materiales a utilizar Elaboración del prototipo 3 horas Resultados Coordinación Dialogo Elaborar el prototipo 2 horas
  • 19. 19 3.1.2. Plan de acción Actividades a realizar Información a obtener Medios de registro de información Recursos Fecha de inicio y culminación Observaciones Ver si no hay errores Libros e internet Bibliografía y links 23-11-2013 28-11-2013 Elaboración de un cronograma Orden para la elaboración Dialogo Conversación 16-11-2013 18-11-2013 Creación de estrategias Formato para la elaboración Dialogo Conversación 19-11-2013 19-11-2013 Elaborar un formato para el control del seguimiento de actividades Pasos que se deben seguir para realizar el proyecto correctamente. Internet y libros Bibliografía y links 20-11-2013 Delegar personas para cada actividad Que sean más responsables y elaborarlo correctamente Dialogo Conversación 20-11-2013 Controlar las actividades Buena elaboración del proyecto Dialogo Conversación 20-11-2013 02-11-2013 Definir las variables a utilizarse Mejor información Libros e internet Bibliografía y links 17-11-2013 Definir acontecimientos futuros No cometer errores en la elaboración Dialogo Conversación 03-12-2013 25-01-2014 Diseñar el prototipo Una buena presentación. Libros e internet Bibliografía y links 10-12-2013 20-01-2013
  • 20. 20 3.1.3. Matriz del Plan de trabajo Fase /Actividad 1:Elaboración de la maqueta del tren de levitación. Competencia a desarrollar: Presentación del proyecto culminado correctamente. Estrategia de aprendizaje Actividad/ tarea Ejes trasversales Recursos Responsables Tiempo y Fechas Obtener ideas Hacer preguntas. Habilidades del pensamiento Encuestas Todos los integrantes 24h Discusión de los integrantes Debatir ideas. Introducción al conocimiento científico. Discusión grupal Todos los integrantes 2h Resultados esperados Relacionar el contenido del proyecto con material cubierto en otras materias. Relación Todos los integrantes 408h Diseñar Diseñar planos Dibujo técnico Estrategias Todos los integrantes 72h Procedimiento Recolectar y analizar datos. Organización del aprendizaje. Internet y libros Todos los integrantes 408h Productos Los resultados del proyecto deben ejemplificar situaciones reales. Comparar Todos los integrantes 24h Aportar Comunicar sus ideas y descubrimientos. Introducción a la comunicación científica. Compartir Todos los integrantes 10h Apoyo Instruccional Proveer procesos de evaluación objetiva Aportar Todos los integrantes 6h Ambiente de aprendizaje Llevar los aprendizajes más allá de la sala de clases. Organización del aprendizaje. Exteriorizar Todos los integrantes 408h Actividades de aprendizaje Corrección de detalles. Presentación. Demostración. Organización del aprendizaje. Finalización Todos los integrantes 72h
  • 21. 21 3.1.4. Tiempo estimado del proyecto Matriz de control del Proyecto: TREN DE LEVITACION Fase/ Act. Descripción Programación Semanal Responsable Tiempo y fecha 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Encuestas / / / / / / / / / / Todos los integrantes. 4h 29-11-13 2-12-13 2 Entrevistas / / / / / / / / / / Todos los integrantes. 1h 23-10-13 3 Inventario de los materiales / / / / / / / / / / Todos los integrantes 2h 2-11-13 2-12-13 Elaborado por: Firma: Fecha: 3.2. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS -ENTREVISTA La técnica utilizada es la de la entrevista, realizada a un docente de la institución de nombre Ing. Diego Machado, la cual consta de las siguientes preguntas: ¿Qué tipo de materiales podemos utilizar en este proyecto? Los imanes, alambre de cobre, rejilla de refrigeradora, metales conductores de electricidad, plásticos, etc. ¿Qué costo tendría este proyecto? Tendría un costo muy elevado ya que los materiales que se utilizan para este tipo de proyectos son muy costosos. ¿Qué cantidad de electricidad se puede administrar a las vías para que estas tengan magnetismo? No nos podría decir cuánto se necesita para que este proyecto tenga magnetismo ya que no es ingeniero electrónico. ¿Qué tipo de riesgos tenemos al realizar este proyecto sin el apoyo de personas especializadas en la materia? Electrocutarnos, las posibilidades de quemaduras median las cargas eléctricas que administremos a este proyecto.
  • 22. 22 La segunda técnica utilizada es la de la encuesta, la cual consta de las siguientes preguntas: -ENCUESTA 1. ¿Piensa usted que al implementar un nuevo sistema de movilidad en este caso el tren a levitación en nuestro país disminuiría el tiempo de viaje de un lugar a otro? ………………………………………………………………………………………… 2. ¿Cree que el viajar en este tipo de transporte sería más cómodo para trasladarse a grandes distancias? ………………………………………………………………………………………… 3. ¿Está usted de acuerdo con la utilización de energías provenientes de recursos renovables mas no del petróleo? ………………………………………………………………………………………… 4. ¿Cree que nuestro país está preparado para asumir el reto de construir dicho tren? ……………………………………………………………………………………… 5. ¿Se tiene profesionales que específicamente conozcan del tema que abarca la optimización del sistema de movilidad? ………………………………………………………………………………………… 6. ¿Generaría una amplia gama de fuentes de trabajo su construcción? ………………………………………………………………………………………… 7. ¿Cuándo entre en funcionamiento cree que abarcaría varias plazas de trabajo para los futuros profesionales? ………………………………………………………………………………………. 8. ¿Nuestro país tiene problemas con la movilidad de los vehículos; es decir el tráfico? ………………………………………………………………………………………. 9. Si su respuesta es sí en la pregunta 8 responda: ¿Cree usted que este medio de transporte aliviaría el tráfico? ………………………………………………………………………………… 10.¿Necesita el país un nuevo medio de transporte que ayude al desarrollo del mismo? …………………………………………………………………………………………
  • 23. 23 3.3. Técnica de procesamiento y análisis de datos TABULACIÓN DE LAS ENCUESTAS 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Cuenta de 2. ¿Cree que el viajar en este tipo de transporte sería más cómodo para trasladarse a grandes distancias? % DE ENCUESTAS SI SI 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Cuenta de 1. ¿Piensa usted que al implementar un nuevo sistema de movilidad en este caso el tren a levitación en nuestro país disminuiría el tiempo de viaje de un lugar a otro? % DE ENCUESTAS SI SI 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Cuenta de 3. ¿Está usted de acuerdo con la utilización de energías provenientes de recursos renovables mas no del petróleo? % DE ENCUESTAS SI SI
  • 24. 24 60% 40% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% NO SI % DE ENCUESTAS Cuenta de 4. ¿Cree que nuestro país está preparado para asumir el reto de construir dicho tren? NO SI 50% 50% 0% 20% 40% 60% NO SI % DE ENCUESTAS Cuenta de 5. ¿Se tiene profesionalesque específicamente conozcan del tema que abarca la optimización del sistemade… NO SI 10% 90% 0% 20% 40% 60% 80% 100% NO SI % DE ENCUESTAS Cuenta de 6. ¿Generaría una amplia gama de fuentes de trabajo su construcción? NO SI 90% 10%
  • 25. 25 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Cuenta de 7. ¿Cuándo entre en funcionamiento cree que abarcaría varias plazas de trabajo para los futuros profesionales? % DE ENCUESTAS SI SI 5% 95% 0% 20% 40% 60% 80% 100% NO SI % DE ENCUESTAS Cuenta de 9. Si su respuesta es sí en la pregunta 8 responda:¿Cree usted que este medio de transporte aliviaría el tráfico? NO SI 95% 5% 15% 85% 0% 20% 40% 60% 80% 100% NO SI % DE ENCUESTAS Cuenta de 8. ¿Nuestro país tiene problemascon la movilidad de los vehículos; es decir el tráfico? NO SI 85% 15%
  • 26. 26 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Cuenta de 10. ¿Necesita el país un nuevo medio de transporte que ayude al desarrollo del mismo? % DE ENCUESTAS SI SI
  • 27. 27 CAPÍTULO IV PROPUESTA DEL PROYECTO 4.1.-Estudio Diagnóstico Nos basamos en si se aplica o no y es sumamente trascendental analizar las siguientes preguntas de la encuesta: 1. ¿Necesita el país un nuevo medio de transporte que ayude al desarrollo del mismo? 2. ¿Está usted de acuerdo con la utilización de energías provenientes de recursos renovables más no del petróleo? Pues bien aplica nuestra propuesta en ambas al decir que estamos en un país en desarrollo y no por eso tiene que estancarse en los mismos proyectos, sino más bien en adelantarnos a lo que vamos a necesitar en un futuro próximo. 4.2.-Factibilidad Objetos, Instrumentos, Materiales: ¿Es factible o no? Como prototipo, los materiales usados para su elaboración son accesibles excepto por la cinta magnética que no es tan frecuente o usual conseguirlo tomando muy en cuenta que es lo principal en nuestro prototipo. Como Aplicativo en nuestro país partiendo desde su fuente de energía vemos que está al alcance dentro de unos años por la cantidad de proyectos nuevos de las hidroeléctricas generadoras de electricidad a tal punto que se la piensa exportar, el megaproyecto del tren a levitación requeriría de materiales de importación tanto de los materiales como de mano de obra, pues bien nuestro país aún está en desarrollo pero a la larga va a requerir de un medio de transporte más óptimo.
  • 28. 28 4.3.- Diseño de la propuesta 4.3.1. Materiales -Cinta magnética (para las rieles ) -Madera de balza (para elaboración del tren) -Vidrio de 4mm -Tabla triplex de 82cm x 90cm -Cartón -Papel higiénico -Pliego de cartulina negra -Goma -Base de madera de 16cm x 3cm -Base de madera para montaña -Madera para estación y sostén del vidrio -Láminas de casas prefabricadas -Navaja -Aerosol color rojo -Aerosol color blanco -Aerosol color gris -Aerosol color amarillo -Pistola de silicona -6 barras de silicona -Goma -Papel césped -Escuadras y reglas -Vehículos a escala
  • 29. 29 -Personas a escala de plástico -Pincel 4.4.-Aplicación práctica de la propuesta 4.4.1. Procedimiento Cogemos las 2 dos cintas magnéticas, las cuales van a ser los rieles, y las colocamos con su polo norte apuntando hacia arriba y se colocan a 1 mm de vidrio - En los lados y a los extremos, se colocan las láminas vidrio de 4mm, uno de los lados se puede hacer de plástico acrílico para que se pueda ver flotar al tren sobre las rieles. La plataforma o tren se hace con la madera de balza. -En la parte de abajo se coloca las cintas magnéticas, las cuales deben tenerla misma longitud que la plataforma. Se colocan muy cerca de los bordes. - En los extremos del tren y a ambos lados de la base se coloca la cinta magnética con la cara norte hacia arriba, de manera que funcionen como resortes cuando el tren llegue a uno de los extremos de la base y los imanes colocados a la misma altura se repelan. - En los bordes de la plataforma se puede encolar cinta adhesiva. Esto permite que el tren tenga una superficie resbalosa a los lados. En nuestro caso impementamos una barra de silicicona como guía para reducir la friccion que se tiene en los bordes. 4.4.2 Cálculos Partiendo de las características de la cinta magnética: La cinta magnética está con un cortador plástico. La cinta magnética se hace del imán de goma con el pegamento. Cuadros adhesivos de una, poder lateral y puesto otro lado en superficie del hierro. Pues bien en las rieles de la superficie en la tierra se encuentran un par de cintas con una medida de longitud 80 cm con un espesor de 3mm y de ancho cada riel de 1cm. Esto analizando las rieles, en donde va a estar el polo norte del imán proyectado hacia el tren. A continuación las descripciones del tren, el cual posee en su estructura madera de balza la cual permite aprovechar su cantidad de masa por el hecho de que es sumamente liviano pesando individualmente 1 onza y luego al colocar un par de cintas magnéticas las cuales van a actuar como rieles con medidas de longitud 22cm cada una un espesor de 3mm y un ancho de 1cm llegaría a pesar 2 onzas y por motivo de reducir el nivel de fricción que se encuentra en el vidrio colocamos una barra de silicona con peso de 0.35 y finalmente el tren llegaría a pesar 2.35 onzas.
  • 30. 30 Efecto Meissner.- Por el cual un material puede levitar gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes los electrones modifican sus órbitas de modo que compensan el campo magnético externo de modo que en el interior, el campo sea nulo. Por tanto un objeto estará bajo levitación magnética cuando la fuerza generada por la repulsión electromagnética es lo suficientemente fuerte para equilibrar el peso del objeto. El equilibrio de fuerza magnética y mecánica. F = ma La sumatoria de fuerzas está dada por la ecuación: F = mg − kv + F(y, i) ==> mg − kv + F(y, i) = ma kv: Fuerzaoriginadaporlafriccióno rozamientodel cuerpo. F(y,i) : Fuerzaejercidaporlasbobinasde losraíles. 4.4.3 Plano, maqueta, aportes, configuraciones. 1cm 22cm 3mm Espesor imanes
  • 31. 31 CONCLUSIONES -En este experimento la principal característica que tiende a ser evidente es que los polos iguales delos imanes se repeleny los polosdesiguales se atraen. - En la realización de este experimento, se demuestran las fuerzas de atracciónde los imanes, las cuales, junto al efecto de meissner, hacer que el tren pueda levitar. - Por la acción de la repulsión de los imanes, y gracias a esto se crea una fuerza que tiende a separarlos y éstafuerza es la que utilizan los trenes paralevitar e iravanzando. RECOMENDACIONES -En el ámbito del prototipo para su correspondiente elaboración y su funcionamiento adecuado se debe centrar en hacer que el tren tenga el menor peso posible para que su levitación no tenga mayor dificultad, a su vez a los costados involucrar un material que en lo posible tenga fricción despreciable y se deslice fácilmente. -En el aplicativo en sí, apenas el país empiece con su funcionamiento de las nuevas centrales hidroeléctricas en vez de exportar como piensa hacer el mandatario se podría aplicar la electricidad adquirida en el megaproyecto del tren de levitación en donde de a poco lo invertido fuera de ser tanto una entrada de sustento para el país sería un derecho ya que la comodidad y ahorro del tiempo no tiene que negarse, pero analizando a su vez generaría gran cantidad de nuevos puestos de trabajo de todas las áreas y no dependeríamos únicamente de los extranjeros. BIBLIOGRAFÍA Fuentes electrónicas http://eltamiz.com/ http://www.tendencias21.net/ http://www.taringa.net/posts/apuntes-y-monografias/965076/MagLev_-Trenes-que- levitan.html http://trenesinside.wordpress.com/2010/01/31/maglev-trenes-de-levitacion- magnetica/ http://www.cienciafacil.com/paginamaglev.html http://urbanity.blogsome.com/2006/01/25/el-tren-de-levitacion-magnetica
  • 32. 32 Anexos Fotos del proceso de construcción:
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