COPA DE CIENCIAS 2014

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VILLAHERMOSA Título del proyecto: Sistema

magnético para transportar personas (POCHILEV)

Participantes:

Nombre: José Jesús Baeza Bastiani Edad: 21 años

Domicilio: Fracc. Lagunas de

Mecoacán And. 4 Casa B17, Centro, Tabasco. Tel. (045) 9931053090 Correo Electrónico: [email protected]

Nombre: Jorge Alberto Cejudo Carmona Edad: 20 años García No. 315, Col. Primero de mayo, Centro, Tabasco.

Domicilio: Calle Andrés Tel. (045) 9932397694

Correo Electrónico: [email protected]

Nombre del asesor: Carlos Rodríguez Jiménez Maestría en Valuación Ingeniero civil Diplomado en Docencia Centrado en el Aprendizaje. Diplomado en Formación y Desarrollo de Competencias Docentes. Área correspondiente: Ingenierías y Computación – Energía y transporte -

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Sistema magnético para transportar personas (POCHILEV). José Jesús Baeza Bastiani1, Jorge Alberto Cejudo Carmona 2, M. en V. Carlos Rodríguez Jiménez.3 Resumen. En México más del 70% de la energía eléctrica producida por la CFE proviene de combustibles fósiles contaminantes del medio ambiente. El sector transporte es el segundo sector generador de gases efecto invernadero en nuestro país, el uso indiscriminado de los combustibles fósiles incrementa en forma sensible la emisión de contaminantes a la atmósfera en forma de óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, monóxido de carbono, dióxido de carbono y partículas suspendidas. Se propone un sistema de transporte no contaminante utilizando la energía magnética y con rieles portadores de electroimanes alimentados por energía solar, harán posible el transporte de personas de una manera segura y libre de contaminantes. Se espera que la inversión requerida se recupere a mediano o largo plazo tomando en cuenta que por concepto de pago de combustibles el gasto será cercano a cero.

Introducción

La energía eléctrica se ha posicionado durante el último siglo como la reina de las energías, no solo por su versatilidad, sino también por su facilidad de uso. Cabe decir que dichos indicadores aumentan con el consumo de energía por habitante. Una cifra que nos permite ilustrarlo es que cerca de dos mil millones de personas carecen de acceso a la energía eléctrica en el planeta. Para la ONU y otros organismos internacionales, la reducción de estos indicadores se ha convertido en un objetivo que lleva consigo la producción de energía eléctrica accesible a toda la población, condición básica para superar el subdesarrollo y la pobreza. En nuestro país existen cerca de

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José Jesús Baeza Bastiani es alumno del séptimo semestre en Ingeniería civil en el Instituto Tecnológico de Villahermosa. Tabasco, México. 2 Jorge Alberto Cejudo Carmona es alumno del séptimo semestre en Ingeniería civil en el Instituto Tecnológico de Villahermosa. Tabasco, México. 3 Carlos Rodríguez Jiménez M. en V. es ingeniero civil con estudios de maestría en valuación y profesor investigador del Instituto Tecnológico de Villahermosa y de la Universidad Olmeca en Villahermosa, Tabasco, México. [email protected]

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80,000 pequeñas comunidades rurales de menos de 1,000 habitantes que carecen de energía eléctrica. (Jorge Gutiérrez Vera, 2010).

Descripción del Método

Problemática. ¿Cómo disminuir los gases efecto invernadero producidos por el sector transporte y que la solución sea a bajo costo?

Hipótesis. Construir un sistema de transporte que use energía magnética y energía solar libres de gases efecto invernadero.

Objetivos

Objetivo general

Diseñar y Construir un sistema de transporte a base energía magnética y rieles electromagnéticos alimentados por energía solar.

Objetivos específicos

1. Diseñar y Construir un prototipo experimental accionado con energía magnética alimentado por energía solar para evitar la generación de gases efecto invernadero. 2. Poner a prueba el prototipo experimental.
 3. Análisis de costo unitario para determinar factibilidad económica.

Justificación Existe la radiación solar suficiente en el estado de Tabasco y en la república mexicana para producir entre 4.9 a 5.3 Kwh/m2. Los materiales nuevos se consiguen en establecimientos comerciales locales. 3

Existe el recurso humano para diseñar y construir el prototipo Existe el apoyo de la institución y sus instalaciones para desarrollar el proyecto.

Antecedentes No es raro que quienes vivimos en grandes ciudades experimentemos con frecuencia dolor de cabeza, insomnio, variaciones en la presión arterial y trastornos de atención y memoria. Cuando estos síntomas se hacen más frecuentes será importante considerar como causa las radiaciones de la energía eléctrica que estamos expuestos. Estar expuesto constantemente a ello puede poner en riesgo nuestra salud, sin darnos cuenta, afectan nuestra estructura celular. Otro defecto que hoy en día es el contaminante más nocivo en el planeta es el combustible que está compuesta por el carbón, el petróleo y el gas natural, productos que por sus características químicas se convierten como combustible. Su uso provoca contaminación atmosférica, gases generadores del efecto invernadero, lluvia ácida y enfermedades respiratorias. Los carbones se usan como combustible en las centrales térmicas que producen energía eléctrica. El gas natural es otra fuente de energía de alto poder calorífico. Produce menos CO2 que otros combustibles fósiles. Su uso está aumentando en distintas partes del mundo. El petróleo es la base de un gran número de productos como son pinturas, disolventes y, sobre todo, los combustibles. Aproximadamente el 95% del transporte mundial consume derivados del petróleo. En esta investigación se propone utilizar un sistema de transporte por medio de energía magnética, provocando la levitación. Este sistema ayudara a disminuir el uso de los contaminantes como el combustible y la energía eléctrica convencional. Se llama levitación magnética al fenómeno por el cual un material puede levitar gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes La superconductividad es una característica de algunos compuestos, los cuales, por debajo de una cierta temperatura crítica, no oponen resistencia al paso de la corriente; es decir: son materiales que pueden alcanzar una resistencia nula. En estas 4

condiciones de temperatura son capaces de transportar energía eléctrica sin ningún tipo de pérdidas, y además poseen la propiedad de rechazar las líneas de un campo magnético aplicado. Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo. En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos. Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los polos. La región del espacio donde se pone de manifiesto la acción de un imán se llama campo magnético. Este campo se representa mediante líneas de fuerza, que son unas líneas imaginarias, cerradas, que van del polo norte al polo sur, por fuera del imán y en sentido contrario en el interior de éste. El magnetismo está muy relacionado con la electricidad. Una carga eléctrica esta rodeada de un campo eléctrico, y si se está moviendo, también de un campo magnético. Esto se debe a las “distorsiones” que sufre el campo eléctrico al moverse la partícula. 1. Principio de levitación magnética. Todos los sistemas que utilicen levitación magnética para sustentar elementos ferromagnéticos deben contar, por lo menos, con dos elementos: un sistema eléctrico, constituido por una fuente

variable de voltaje y una bobina; un sistema

electromecánico, que utiliza la energía eléctrica almacenada en la bobina en forma de campo magnético para compensar la energía mecánica. Esta última relación se comprueba físicamente como el equilibrio de fuerza magnética y mecánica. F = ma F: son las fuerzas aplicadas al sistema, m es la masa del cuerpo y a es la aceleración el mismo. Las fuerzas que actúan sobre el sistema son: mg: Fuerza producida sobre la masa m del cuerpo debido a la aceleración del campo gravitatorio terrestre g. kv: Fuerza originada por la fricción o rozamiento del cuerpo. F (y, i): Fuerza ejercida por las bobinas de los raíles. 5

La sumatoria de fuerzas está dada por la ecuación F = mg − kv + F (y, i) ==> mg − kv + F (y, i) = ma Por otra parte, la radiación solar incidente en la tierra puede ser aprovechada para calentar agua u otros líquidos o para generar electricidad. El sol es la fuente de energía más grande que existe en el mundo. La radiación solar que llega a la tierra es 10,000 veces mayor a la demanda mundial de energía primaria(www.procalsol.gob.mx )

Fig. 1. Irradación Global en la república mexicana. (www.procalsol.gob.mx )

Descripción de materiales Materiales para la elaboración de pochilev

Descripción

Imanes cerámicos

Materiales de funcionamiento básico.

Celda solar Celdas solares de 12V para alimentar motor.

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Automóvil de juguete

Móvil para la visualización del movimiento del transporte.

Láminas de acrílico Material para la elaboración de rieles para el móvil.

Motor de 12v Mecanismo para el movimiento de la cadena.

Cadenas para bicicletas Elemento principal para el sujeto al motor para la traslación del imán.

Engranes de acilico Elementos que permiten la unión del motor con la cadena.

Diseño Esquema en Autocad del prototipo.

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Entorno

El proyecto se desarrolló en las afueras del Instituto Tecnológico de Villahermosa.

Tabla 1. Materiales principales (Elaborada por autores) Proceso metodológico de funcionamiento Captar energía solar con celdas fotovoltaicas

Alimentar el motor de 12 V.

Colocacion del movil en sitio de riel

Accionar el sistema de rieles mediante engranes y la energia previamente captada

Observacion del movimiento del movil en la ruta realiza

Figura 2. Diagrama de Proceso Metodológico. (Elaborada por autores)

Foto 1. Obtención de imanes

Foto 2. Determinación de polos iguales

Fuente: Fotos tomadas por autores. 8

Comentarios Finales Resumen de resultados En la fase experimental se observa el comportamiento de los imanes y los efectos de la energía magnética, para cumplir el propósito de nuestro prototipo, generar movimiento con energía magnética, mediante la levitación de nuestro móvil a través de un campo magnético. No se ha podido establecer un medio o circuito por donde se trasladará el móvil, cabe destacar que el medio será de un material aislante para evitar el cruce de campos magnéticos y que esto repercuta en el prototipo experimental. La levitación del móvil básicamente es el mismo que utiliza un levitrón; entonces aplicando este principio y un sistema de poleas donde interviene un motor de 12v que es alimentado por una fuente de energía renovable proveniente de nuestra celda solar. Esta acción provocará un desplazamiento de nuestro móvil en una ruta prediseñada. El prototipo puede implementarse en beneficio a un sistema de transporte de modo local, municipal, estatal, nacional e internacional de acuerdo a las necesidades que requiera los usuarios evitando en lo posible el impacto negativo que perjudican al medio ambiente el sistema tradicional de transporte, en su fabricación e incluso cuando estos mismos entran en funcionamiento.

Foto 3. Nivelación de imanes (la levitación no es estable) Fuente: Foto tomada por autores.

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Conclusiones

El proyecto en forma general se basa en un sistema en el cual se aprovecha la energía magnética para que el móvil se desplace por medio de la levitación ocasionada por los imanes, está alternativa de solución presenta seria dificultades para nivelar la plataforma en el imán superior, razón por la cual se opta por invertir la solución propuesta, es decir el móvil tendrá el imán en su toldo de la parte superior y el sistema de imán motor estará elevado de la superficie por medio de postes como lo ilustra las siguientes imágenes, el desplazamiento del móvil será a nivel de terreno y no levitado.

Se quiere disminuir los contaminantes ocasionados por los automóviles (combustible) y sus componentes (llantas, motor, gasolina, etc.) y de igual manera podemos prevenir enfermedades a la población tabasqueña que estos contaminantes provocan, la mayor cantidad del movimiento lo suminstra la energía del

campo

magnético.

Foto 4. Solución final adoptada. El imán motor estará elevado del nivel de piso a una altura proporcional proporcional a la mano que sujeta el imán motor y el imán que se deslizará con el móvil estará en el toldo superior del móvil. Con estas condiciones se logró el desplazamiento del móvil Fuente: Foto tomada por autores.

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Conclusiones

Recomendaciones

Este sistema disminuiría la contaminación a causa de la combustión de combustible que ocasionan los automóviles que al año se produce en Tabasco. Los vehículos automotores propulsados por motores de combustión interna producen, en general, tres tipos de emisiones de gases contaminantes: a) emisiones evaporativas, b) emisiones por el tubo de escape y c) emisiones de partículas por el desgaste tanto de los frenos como de las llantas. .

Pochilev no es recomendable para usuarios que tengan marcapasos o afecciones cardíacas por el campo magnético a que estarán expuesto al exterior porque dentro del móvil este estará aislado en su interior del campo magnético. Pochilev ayudará a disminuir el uso de combustible y por ello ahorrará mucho el costo de la reparación del motor de los automóviles ya que esto ocasiona mucha pérdida de dinero, en cambio con ayuda de pochilev no se depende al cien por ciento del motor si no que funcionará con la ayuda de los imanes. Con pochilev se disminuirá la gran cantidad de contaminación por gases efecto invernadero que provoca el automóvil al sustituir la combustión interna por la energía magnética como principal sistema de energía. 11

Referencias Jorge Gutiérrez Vera, ENERGÍA RENOVABLE DE SIGLO XXI, México 2010. Instituto Nacional de Ecología. Gustavo Castro Soto, Convergencia 
 con la red eléctrica y desarrollo sostenible. Instituto Mexicano de Ingeniería de Costos (IMIC), Análisis de Precios Unitarios. México 2008. Jorge Gutiérrez Vera, ENERGÍA RENOVABLE DE SIGLO XXI, México 2010. INSTITUTO NACIONAL DE ECOLOGIA México, 2010. (www.procalsol.gob.mx ) Odón de Buen Rodríguez, ALTERNATIVAS ENERGÉTICAS PARA COMBATIR EL CAMBIO AMBIENTAL GLOBAL. Notas Biográficas El M. en V. Carlos Rodríguez Jiménez es profesor de la carrera de ingeniría civil en el Instituto Tecnológico de Villahermosa, y en el departamento de Ciencias de Tierra de la Universidad Olmeca en Tabasco. México. Terminó sus estudios de posgrado en Valuación en la Universidad Olmeca. Es miembro del sistema estatal de investigadores del Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Tabasco. Ha publicado artículos científicos en las revista Kuxulcab de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, en la Red de Actividades Juveniles en Ciencia y Tecnología, Puebla, México, en la Academia Journals

de San Antonio Texas, E.U.A.,

en el Instituto de Investigaciones Científicas y

Ecológicas, en Salamanca, España. Ha dictado conferencias en congresos internacionales de ingeniería civil, tiene cuatro solicitudes de patente en trámite ante el Instituto Méxicano de la Propiedad Industrial. José Jesús Baeza Bastiani es alumno del quinto semestre de la carrera de Ingeniería Civil del Instituto Tecnológico de Villahermosa. Tabasco, México. [email protected] Jorge Alberto Cejudo Carmona es alumno del quinto semestre de la carrera de Ingeniería Civil del Instituto Tecnológico de Villahermosa. Tabasco, México. [email protected]

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ANEXO DE FICHA DE DEPOSITO CON FECHA 23 DE JUNIO 2014. AUTORIZACIÓN 396275

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