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Ciencias aplicadas e interdisciplinarias - Diseño, modelado, automatización, simulación, optimización | 2018-03-09

Sistema de control facilita levitación magnética

Agencia de Noticias UN | Este modelo matemático utiliza ecuaciones físicas e involucra la eléctrica y la electrónica necesaria para lograr de manera más económica la elevación en el espacio, por ejemplo, de trenes de levitación tipo maglev, como el que existe en Shangái (China).

En general, el desarrollo de este modelo, se puede aplicar en varios campos de la ingeniería como en fluidos, cañones, bombas centrífugas para medicina, manufactura y levitaciones magnéticas que necesiten de alta precisión.

Ese es precisamente un requerimiento de los trenes maglev, los cuales a diferencia de los convencionales, en vez de ruedas y funcionamiento eléctrico, tienen brazos acoplados a rieles magnéticos y pueden alcanzar una velocidad de hasta 600 km/h.

La levitación magnética es usada en estos trenes, que por lo general utilizan medidores láseres costosos para ajustar la altura y la estabilidad, y así controlar la corriente que pasa por el sistema.

Aunque este tipo de transporte no está implementado en el país, el funcionamiento del modelo proyectado a trenes maglev es interesante, dado que acortaría un paso en su diseño.

Así lo explica Julián Andrés Laverde, estudiante de Ingeniería Física de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.) Sede Medellín, quien destaca que la aplicación del modelo sería factible y también se podría emplear en diferentes programas informáticos.

“Lo interesante es que si se le cambian las condiciones puede determinar posición, velocidad y aceleración de levitación al ingresar parámetros o funciones específicas”, explica.

El modelo es apto para corrientes alternas (como las procedentes de los enchufes de paredes de viviendas) y en la investigación se optó por utilizar pequeños dispositivos de electrónica análoga, debido a su bajo costo y su potencial para lograr una eficacia próxima a la de láseres empleados de manera convencional en trenes de levitación magnética.

Simulación informática

Para la elaboración del sistema de control de levitación magnética se realizaron análisis mecánicos, eléctricos y electrónicos mediante un sistema al que se le acoplaron variables como posición, velocidad y campo magnético.

Estos fueron simulados en dos programas informáticos. El mecánico, que tiene en cuenta las fuerzas involucradas en el sistema de levitación, en Matlab y el eléctrico, en LTspice.

Respecto a este último, el investigador aclara que “si se tienen condiciones de levitación (como el peso) se pueden introducir en los componentes y con eso se logran elegir corrientes y voltajes adecuados para que se cumplan las condiciones físicas de levitación”.

Para comprobar el funcionamiento del modelo se realizó un prototipo con el cual se logró el control de la levitación de objetos de 30 gramos utilizando corrientes eléctricas de entre 1 y 2 amperios.

El modelo es escalable, puede hacer cálculos que arrojan datos sobre análisis para diferentes medidas de masa, posiciones o estabilidad, entre otros.

La ventaja es que “si se tiene planeado el modelo físico y se requieren ajustes para lograr determinadas especificaciones, estos se pueden hacer al tener el sistema matemático desarrollado”, asegura el investigador.

Al tener condiciones modificables el modelo logra reducir el proceso de diseño en sistemas de levitación magnética como los que son usados en trenes de levitación para transporte de pasajeros.

La proyección del estudio es incluir al sistema una red neuronal artificial que permitiría digitalizar la automatización del control, ya que actualmente lo que se hace es ajustar manualmente al prototipo los datos arrojados por el modelo.

En la investigación también trabajaron Danilo Serna Ortiz y Duván Medina, estudiantes de Ingeniería Física de la U.N. Sede Medellín.


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