Title in different languages: Estudi del magnetisme i les seves propietats
Contributor's company: Col·legi Vedruna Sagrat Cor (Tarragona)
Language: Català
Collection: Treballs de Recerca de Batxillerat
Student: López Neila, Sergio
Series: Premi Consell Social URV
Creation date in repository: 2016-11-25
Abstract: Remuntant-nos als inicis del treball, la idea, entre d'altres, era l'estudi d'un concepte real reduït a l'absurd. La idea era veure real allò propi de la ciència-ficció. Com pot funcionar un tren que vola? Aquí és on la meva ànima de científic em corregeix i em diu que no vola, però en aquest punt del treball, encara tan prematur, la diferència és una nimietat. El meu treball pretén estudiar les bases d'aquesta levitació, les causes i les mecàniques del fenomen amb la intenció d'aplicar-les en el transport terrestre. La idea del tren maglev (de levitació magnètica, per abreviar) no és cap novetat (perquè ja ha complert un segle de vida –per no parlar de la figura del tren convencional–) i la interacció magnètica és un concepte que tothom que tingui una nevera amb imants entén. La part realment interessant és quan aquests conceptes, essencialment simples, es combinen per formar obres punta de l'enginyeria com són els prototipus MLX-01 o el L0, el qual aquest mateix any ja ha batut el seu propi rècord de velocitat deixant la marca en 603 km/h. Així, amb aquesta mínima visió del projecte, em marcava com a meta inicial aprendre sobre el magnetisme –les seves bases físiques i les seves manifestacions i usos– per a, posteriorment, utilitzar-ho en un model a escala. Òbviament, també va ser necessària la recerca d'informació sobre el funcionament bàsic dels maglev. A aquesta recerca inicial se li sumen les experiències extretes de les pràctiques portades a terme per entendre el magnetisme de primera mà. Per exemple, veure com reacciona un imant amb el seu entorn o quines són les formes de crear camp magnètic. Tornant a la recerca, el més obvi que se m'acudeix que vaig buscar devia ser: Què és un tren maglev?, Com funciona? Sobre què se sustenta? Doncs, òbviament, sobre «res»; per tant, levita... L'objectiu d'aquesta recerca era aprendre sobre l'original, quins tipus de trens maglev existeixen i què els fa diferents. Així es va descobrir que els trens maglev es classifiquen en tres grans classes, segons com aconsegueixen la levitació. Hi ha els anomenats EMS, o electromagnetic suspension, en què uns electroimants situats sota el vagó, de manera que estan també sota la via, guien el vagó cap a la via per atracció, creant una força vertical ascendent que eleva el vagó. Un altre dels grans grups és l'anomenat EDS, o electrodynamic suspension, que s'aprofita de la repulsió entre pols iguals principalment per a la levitació i utilitza un sistema d'atracció-repulsió alternativa mitjançant electroimants per tal d'avançar. A més, en els últims models EDS que trobem, s'estan implementant tecnologies de superconductors, materials que, refredats per sota d'una temperatura no ofereixen cap resistència al pas del corrent elèctric, i això els dóna gran versatilitat en el camp de l'electromagnetisme. Menció especial mereixen els anomenats Inductrack, que tot i no ser una nou sistema de levitació (formen part dels EDS) provoquen la levitació a partir d'imants permanents, a diferència dels dos anteriors. A partir de la informació recollida en aquesta fase inicial de la recerca es va arribar a la conclusió que una maqueta a escala, reproduint fidelment el mecanisme de levitació, era pràcticament impossible, ja que l'ús de superconductors quedava ràpidament descartat. A més, la meva nul·la experiència en programació per a l'ús d'electroimants també tancava aquesta porta. Així, va ser necessari un exercici de síntesi i idear un nou model de levitació més proper a les possibilitats plantejades. La idea a seguir es basava en la repulsió a partir d'imants permanents. Així, amb files d'imants alineats pel mateix pol es pretenia aconseguir repulsió en dues direccions (vertical per levitació i horitzontal per estabilització) per assegurar el vagó sobre la via. En posar en pràctica el model es va demostrar que una estabilització mitjançant imants permanents era pràcticament impossible. En els models EMS que servien de base per aquest primer prototip l'estabilització és produïda per magnetisme, amb la diferència que el nostre model es basa en imants permanents i l'EMS utilitza electroimants. Aquests últims permeten un canvi de potència mitjançant un canvi en el corrent que circula al seu interior. El problema del prototip era la incapacitat de regular la força dels imants permanents. Així, tot i haver aconseguit un equilibri perfecte pel disseny, qualsevol mínim moviment desencadenaria el desastre. D'aquesta manera, i ja coneixent millor el funcionament dels imants, es va procedir a idear un nou prototip, utilitzant la repulsió magnètica només per a la repulsió, i es van utilitzar barreres de fusta per mantenir el vagó sobre la via i els imants alineats. Tot i que es perdien moltes qualitats que fan els sistemes maglev especials, es va aconseguir fer funcionar el prototip, fent-lo levitar de manera estable. Veient l'èxit en la levitació, es va introduir la capacitat motora al vagó de manera que es pogués moure sobre la via mitjançant un sistema aerodinàmic format per un motor elèctric i una hèlix. La millora necessària es va introduir en el tercer model, que parteix de la base deixada pel segon, però es millora la fluïdesa del moviment, que en el segon no era del tot òptima, i es presenta amb un disseny més polit que el seu predecessor. Així, es canviaven els materials de les barreres laterals, anteriorment de fusta, per llistons de metacrilat, que permetien apreciar més fàcilment la levitació. També es millorava visualment el vagó, que en el segon model era simplement una planxa de fusta amb un motor, per un disseny que amagava tot l'entramat del circuit sota una coberta inspirada en els models reals EDS. Per acabar, m'agradaria reflexionar un moment i pensar que aquest no és el final. Repassant el treball, he retrobat una notícia que data del juny del 2013: «El nou tren de levitació magnètica ha batut la seva marca i deixa el rècord en una velocitat punta de 500 km/h». A l'abril del 2015, ni dos anys més tard, estem parlant que el nou prototip de maglev L0 ha superat el seu predecessor en 100 km/h de velocitat punta, deixant la marca en 603 km/h. Per si algú no es fa a la idea de les magnituds, si l'AVE us sembla ràpid us recordaré que supera lleugerament els 300 km/h de velocitat punta. Dos anys. Vull pensar que, al món dels maglev, encara li queden anys de vida, i que se'n seguirà parlant. Des del punt de vista personal, vull pensar que aquest no és un treball finalitzat. Ho miro amb bons ulls, ja que és el meu treball (és clar), però també veig que té molt marge de millora. No em mal interpreteu, han passat gairebé dos anys des que vaig escriure aquelles línies i encara segueixo pensant en com podria haver instal·lat un motor lineal síncron, en la incorporació d'una estabilització mitjançant electroimants controlats electrònicament o en una idea lleugerament més simple com és com reduir el fregament entre el vagó i la barrera al màxim. És la part bona i dolenta d'aquest tipus de treball, sempre hi ha punts sobre els quals seguir treballant.
URL: http://wwwa.urv.cat/ogovern/consellsocial/PSecundaria/DVD%20Secundaria%202014-15/material/14cap07/14c07.htm
Title in original languages: Estudi del magnetisme i les seves propietats
Education area(s): Batxillerat
Project director: Clotet Romeu, Esther
Academic year: 2013-2014
Repositori URV