Introducción a los motores eléctricos lineales
Desde el siglo XIX, los investigadores han estado estudiando la posibilidad de movimiento lineal usando principios electromagnéticos. Sin embargo, no fue hasta la última mitad del siglo XX que los desarrollos tecnológicos permitieron implementar motores lineales en entornos prácticos. Los sistemas de transporte, al igual que los trenes Maglev (levitación magnética), se centraron principalmente en las innovaciones tempranas, utilizando tecnología lineal de motor para la propulsión sin contacto físico con el carril. Esto permite a los trenes viajar a altas velocidades mientras requieren menos mantenimiento.
El motor lineal
Las mejoras en los sistemas de control y la electrónica de potencia, así como en los avances en la ciencia de los materiales, han sido las fuerzas impulsoras detrás de la evolución tecnológica de los motores lineales. Imanes y conductores han sido partes particularmente importantes de este crecimiento. El desarrollo de estas innovaciones ha permitido fabricar motores lineales más compactos, eficientes y potentes, haciéndolos adecuados para una amplia variedad de aplicaciones industriales. Hoy en día, una variedad de sectores que requieren movimiento lineal preciso utilizan motores lineales. Estos campos incluyen líneas de ensamblaje automatizadas, equipo médico y sistemas de transporte de alta velocidad, entre otros.
La progresión de la tecnología motora lineal de la investigación conceptual a un amplio uso práctico es un reflejo de la innovación en curso en este campo. Se espera que el papel que juegan los motores lineales en los sistemas modernos de automatización y control de movimiento se expanda a medida que los sistemas de control se vuelven más sofisticados y los materiales se adecúan. Se espera que los motores lineales ofrezcan un mejor rendimiento, precisión y eficiencia en situaciones en las que el movimiento lineal directo es crítico.
Un motor lineal puede considerarse como un motor eléctrico rotatorio que se ha cortado a lo largo de un plano radial y se ha desenrollado. La máquina resultante es un motor lineal electromagnético de accionamiento directo que puede producir movimiento lineal de forma eléctrica y sin contacto con las piezas, lo que elimina los problemas de holgura, arrollamiento, desgaste y mantenimiento. Cuando los movimientos relativos ocurren entre el campo y los conductores de cortocircuito, las corrientes son inducidas en el conductor. El conductor de autotransporte actual produce EMF (fuerza electro-motriz), y debido a esta fuerza, el conductor trata de moverse de tal manera que se elimine la corriente inducida (según la ley Lenz.).
En un motor de inducción de flujo magnético radial, un campo magnético inducido está girando debido a su conformación morfológica. Por lo tanto, el movimiento en un conductor también está girando. Pero en el caso de un motor de inducción lineal, el movimiento de un campo es rectilílino. Por lo tanto, el movimiento de un conductor es lineal.
Cuando un suministro eléctrico trifásico está conectado al bobinado primario, se produce un flujo de viaje. Este flujo viaja a lo largo de la parte principal e induce la EMF en el bobinado secundario debido a ello circula corrientes en el secundario. Esta corriente inducida interactúa con flujo viajero y produce fuerza.
Si una parte (primaria o secundaria) es la fija y la segunda parte (secundaria o primaria) puede moverse, entonces la fuerza se producirá en el miembro en movimiento.
Tipos de Motores Lineales
Los motores lineales se pueden clasificar en dos tipos principales:
Motores Lineales de Imanes Permanentes: En estos motores, el movimiento se genera por la interacción de los campos magnéticos de imanes permanentes.
Motores Lineales de Reluctancia: En estos motores, el movimiento se produce debido a la variación de la reluctancia magnética en el camino del flujo magnético
Aplicaciones de los Motores Lineales
Los motores lineales tienen una amplia gama de aplicaciones en diversos sectores, incluyendo:
- Transporte: Trenes de levitación magnética, sistemas de transporte de carga pesada.
- Industria: Maquinaria de producción, robots industriales, sistemas de posicionamiento preciso.
- Medicina: Equipos de resonancia magnética, mesas de operación.
- Electrónica: Impresoras 3D, cabezales de lectura/escritura de discos duros.
El tren de levitación magnética
El primer tren Maglev de alta velocidad operado comercialmente abrió en Shanghái en 2004, mientras que otros están en operación en Japón y Corea del Sur.
En Maglev, los imanes superconductores suspenden un vagón de tren sobre una guía de hormigón en forma de U. Como los imanes ordinarios, estos imanes se repelen unos a otros cuando los postes a juego se enfrentan entre sí.
Un vagón de tren Maglev es sólo una caja con imanes en las cuatro esquinas, si bien es poco más complejo que eso, pero el concepto es simple. Los imanes empleados son superconductores, lo que significa que cuando se enfrían a menos de 232º Centígrados, pueden generar campos magnéticos hasta 10 veces más fuertes que los electroimanes ordinarios, suficientes para suspender e impulsar un tren.
Estos campos magnéticos interactúan con simples bucles (bobinas) metálicos en las paredes de hormigón de la guía Maglev. Los bucles están hechos de materiales conductores, como aluminio, y cuando un campo magnético se mueve más allá, crea una corriente eléctrica que genera otro campo magnético.
Tres tipos de bucles se colocan en la guía a intervalos específicos para hacer tres tareas importantes: una crea un campo que hace que el tren flota unos 125 mm por encima de la guía; un segundo mantiene el tren estable horizontalmente. Ambos bucles utilizan repulsión magnética para mantener el vagón de tren en el lugar óptimo; cuanto más lejos llega desde el centro de la guía o cuanto más cerca de la parte inferior, más resistencia magnética lo empuja hacia atrás en la pista.
El tercer conjunto de bucles es un sistema de propulsión que funciona con potencia de corriente alterna. Aquí, tanto la atracción magnética como la repulsión se utilizan para mover el vagón de tren a lo largo de la guía. Imagínense la caja con cuatro imanes... uno en cada esquina. Las esquinas delanteras tienen imanes con postes norte mirando hacia fuera, y las esquinas trasera tienen imanes con polos del sur hacia afuera. Electrificar los bucles de propulsión genera campos magnéticos que tanto tiran del tren hacia adelante del frente y lo empujan hacia adelante por detrás.
El maglev más rápido
El Shanghai Transrapid, es el tren maglev desarrollado en Alemania para su uso en China. Es una empresa conjunta de Siemens y ThyssenKrupp. Con una velocidad operativa de 431 km/h. Desde el reposo, tarda sólo cuatro minutos en alcanzar su velocidad máxima. Conecta el aeropuerto de Shanghai Pudong con la estación de intercambio de Longyang Road, a 30,5 km de distancia en ocho minutos.
Datos básicos del transrapid de Shanghai:
Tipo: Transrapid SMT (basado en el TR 08 alemán)
Trenes en servicio: 3
Coches/vagones por tren: 6
Longitud total: 153,6 m
Ancho: 3,7 m
Altura: 4,2 m
Máx. Velocidad autorizada: 505 km/h
Capacidad de pasajeros: 574
El Chuo Shinkansen es una nueva línea ferroviaria que conectará Tokio y Nagoya. Se está construyendo en fases y utilizará tecnología de última generación Maglev. Los trenes viajarán a una velocidad máxima de 505 km/h. Espera estar en operaciones en 2027.-
Ricardo Berizzo
Ingeniero Electricista 2024.-