Expo 2008-2

SALESIANOS Instituto Técnico Ricaldone DEPTO de EMCA

SISTEMA DE ATERRIZAJE ELECTROMAGNETICO

Profesor: Nelson Rivas Asesor: Mauricio Jervert Rivera Valdizon Curso: 2 Año Presentado por: César Oswaldo Arévalo García José Ricardo Rivera Rivera Guillermo Josué Valencia Flores Claudio Gustaaf Van Acker Gerardo Antonio Ramírez Ponce Guillermo José Fuentes Guevara

San Salvador 10 de septiembre de 2008

INDICE Nº de Pág. Introducción…………………………………………………………………….i Objetivo…………………………………………………………………………ii Organización del equipo………………………………………………………...iii Tema General…………………………………………………………………... Idea esencial del PTC…………………………………………………………... Planteamiento del problema……………………………………………………. Justificación……………………………………………………………………. Cronograma de actividades…………………………………………………….

INTRODUCCION

El presente reporte es sobre el tema sistema del tren de aterrizaje a base del electromagnetismo en el que se realizaron detalladamente de que es lo que trata; fundamentos científicos y tecnológicos, un planteamiento del problema, una justificación, un diseño que revela las dimensiones con las que se realizara el proyecto, y un presupuesto que detalla los gastos que se realizaron para la elaboración del prototipo. En nuestro país, surgiría la idea de la innovación tecnológica de trenes de aterrizaje a base de electromagnetismo, retomando la idea del tren electromagnético de Japón, beneficiando a todo el campo de la aeronáutica, dando así una función futurista e innovadora. El sistema de tren de aterrizaje electromagnético consiste en la utilización de recursos para mejorar el medio ambiente por el gasto de ellos, que son utilizados en los neumáticos.

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OBJETIVOS GENERALES

•

Comprender como el electromagnetismo trabaja aplicado en el tren de aterrizaje.

•

Aplicar los conocimientos adquiridos para realizar la construcción de la base y los rieles donde ira montado el tren de aterrizaje.

ESPECIFICOS

Reconocer las partes a utilizar para crear el tren de aterrizaje electromagnético.

Proponer una idea, de cómo se puede empezar a evolucionar los sistemas de aterrizaje.

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ORGANIZACIÓN DEL EQUIPO

Alumno César Arévalo Ricardo Rivera Guillermo Valencia Claudio Ban aker Kevin Valdez Guillermo Fuentes Gerardo Ponce

Cargo Coordinado r sub.coordinador

Funcion La funcion del coordinador es dirigir el grupo, planificar reuniones de padres de familia y del grupo de expo y colaborar con información y monetariamente La funcion del sub. coordinador es sustituir al coordinado cuando este no se encuentre y ayudar con infamación y monetariamente La funcion del tesorero es la de recolectar el dinero que se acuerde y dar cuenta de los Tesorero gastos y colaborar con información y monetariamente Su funcion es colaborar con información, mano de obra y guardando las facturas de Secretario las copras realizadas. Su funcion es colaborar con información, mano de obra y monetariamente cuando sea Colaborador necesario Su funcion es colaborar con información, mano de obra y monetariamente cuando sea Colaborador necesario Su funcion es colaborar con información, mano de obra y monetariamente cuando sea Colaborador necesario

Tren de aterrizaje electromagnético. Es el mecanismo al cual se fijan las ruedas del avión. Los aviones pequeños suelen tener solamente tres ruedas, una debajo de cada ala y otra en el morro o nariz. En modelos de aviones antiguos o en los destinados a realizar acrobacia aérea, esa tercera rueda se encuentra situada en la cola. En el primer caso la configuración se denomina “triciclo” y mantiene todo el fuselaje del avión levantado al mismo nivel sobre el suelo cuando se encuentra en tierra. En los aviones que tienen la rueda atrás, llamada también “patín de cola”, el morro o nariz se mantiene siempre más levantado que la cola cuando el avión se encuentra en tierra. En la mayoría de los aviones pequeños que desarrollan poca velocidad, el tren de aterrizaje es fijo. Sin embargo, en los más grandes y rápidos es retráctil, es decir, que se recoge y esconde completamente después del despegue, para que no ofrezca resistencia al aire al aumentar la velocidad de desplazamiento. Dos de los trenes de aterrizaje se esconden, generalmente, debajo de las alas y el delantero dentro del morro o nariz. Es tan grande la resistencia que puede ofrecer el tren de aterrizaje cuando el avión se encuentra ya en vuelo, que si no se recoge la fuerza que adquiere el viento al aumentar la velocidad puede arrancarlo del fuselaje. Durante la maniobra de aterrizaje, una vez que el avión enfila la pista, el piloto procede a bajar el tren de aterrizaje accionando el mecanismo encargado de realizar esa función. Cada uno de los trenes de aterrizaje situados debajo de cada ala lleva generalmente entre dos y ocho ruedas, dependiendo del tamaño y peso del avión. El tren de aterrizaje situado en el morro o nariz tiene una o dos ruedas. Una excepción la constituye el AN225 Mriá, considerado el carguero más grande del mundo, que tiene 14 ruedas en cada tren de aterrizaje bajo las alas y 4 en el tren delantero. Cuando un avión rueda por la pista o se dispone a estacionarse ya en la loza del aeropuerto, el piloto cuenta con un dispositivo que sirve como timón para mover el tren de aterrizaje delantero hacia los lados y hacer los giros en tierra. Al igual que un vehículo terrestre cualquiera, el avión posee también frenos hidráulicos en los trenes de aterrizaje, que actúan sobre las ruedas y detienen el avión. Para ello, una vez que ha aterrizado y disminuido su impulso con la aplicación previa de los frenos de aire (spoilers), el piloto oprime con la punta de los pies la parte superior de dos pedales que se encuentran en el piso debajo del timón o la palanca, hasta detenerlo completamente.

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Magnetismo Desde el siglo VI a. C. ya se conocía que el óxido ferroso-férrico, al que los antiguos llamaron magnetita, poseía la propiedad de atraer partículas de hierro. Hoy en día la magnetita se conoce como imán natural y a la propiedad que tiene de atraer los metales se le denomina “magnetismo”. Sin embargo, el polo norte magnético se encuentra situado a 1 200 kilómetros de distancia del norte geográfico, en las coordenadas 78º 50´ N (latitud Norte) y 104º 40´ W (longitud Oeste), aproximadamente sobre la isla Amund Ringness, lugar hacia donde apunta siempre la aguja de la brújula y no hacia el norte geográfico, como algunas personas erróneamente creen.

Electromagnetismo: (del griego electrón, ámbar, y del latín magnes, - etis, imán) Estudio de los fenómenos producidos por la interrelación entre los campos eléctrico y magnético. Toda carga eléctrica en movimiento crea a su alrededor un campo magnético, con propiedades similares a las de un imán, y a su vez todo campo magnético ejerce una fuerza sobre los conductores por los que circula una corriente eléctrica o la crea en éstos cuando varía el flujo de líneas magnéticas que los atraviesa. De ello se deduce que la energía eléctrica puede ser transformada en trabajo mecánico (motor eléctrico) y que la energía mecánica puede convertirse en electricidad (fenómeno de inducción magnética). Brújula: Instrumento formado por una aguja imantada suspendida sobre un eje, que gira a causa del campo magnético* terrestre y señala siempre aproximadamente la dirección N-S. Sirve para orientarse sobre la superficie de la Tierra. Electroimán: Barra de hierro dulce que adquiere propiedades magnéticas al circular una corriente eléctrica por un hilo enrollado a su alrededor a modo de bobina, dando origen a un campo magnético. Cuando la corriente cesa, el hierro se desimanta. Se emplea en los electromotores, timbres, interruptores, para levantar chatarra, etc. Campo Campo eléctrico: Región del espacio en la que se dejan sentir las fuerzas de atracción o repulsión que una carga eléctrica ejerce sobre otra de distinto o igual signo, 6

respectivamente, situada en otro punto de ese espacio. Campo electromagnético: Espacio en el que se dan simultáneamente un campo eléctrico y otro magnético estrechamente relacionados entre sí.

EL LEVITRON El Levitrón es un curioso aparato con el que se puede lograr la levitación de una pequeña peonza mientras gira en el aire. La base oculta un imán en forma de anillo que proporciona un campo magnético en forma de copa. La peonza, a su vez, consta de un núcleo central que es también un imán. El polo norte del anillo y el sur de la peonza se enfrentan, razón por la cual ésta es fuertemente atraída por la base. Una vez puesta en rotación el campo magnético de la peonza y el del imán están prácticamente alineados si se exceptúa la pequeña precesión del eje de la peonza alrededor del eje vertical. A medida que la peonza asciende, la interacción entre ambos campos magnéticos provoca que la atracción entre la peonza y la base se transforme en un efecto de sustentación (apreciable a partir de unos 3 cm. de altura) que puede llegar a equilibrar la fuerza de atracción gravitatoria. Hay que tener en cuenta que el valor del campo magnético puede variar en función de la temperatura u otros factores. Por tanto, puede ser necesario ajustar ligeramente la masa de la peonza en cada experiencia. En nuestro caso la masa de la peonza es de 22,2 g y el equilibrio se alcanza a una altura aproximada de 6,0 cm (medidos desde la base hasta la arandela de la peonza) Una vez colocada en la teórica posición de equilibrio la peonza va, poco a poco, perdiendo energía debido al rozamiento con el aire hasta que se desequilibra y cae sobre la base. El tiempo máximo que se ha logrado mantener levitando ha sido de 3 min y 5 s.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El proyecto antes mencionado se realizo al ver la necesidad de las empresas aeronáuticas, y por ende por el valor de cada neumático que se utiliza en las distintas aeronaves. Para este problema planteamos la solución de trenes de aterrizaje electromagnéticos, el cual la solución es reemplazar el sistema de neumáticos por un sistema electromagnético, que brindaría un menor costo a las aerolíneas teniendo en cuenta que en un principio estos nuevos sistemas tendrían un costo elevado, debido a su innovación pero, que a medida va avanzando se mirara decaer su costo económico y aumentara su eficiencia al implementar este sistema.

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IDEA ESENCIAL Nuestro grupo decidió tomar esta idea porque ella beneficiaria a las empresas aéreas en el costo de lo que son los neumáticos, ya que estos cuestan alrededor de 5,000 dólares y pensar en el gasto es demasiado; el valor, porque cada aeronave utiliza alrededor de 18 neumáticos además, con nuestra idea se brindaría un mejor confort para las personas que viajan día a día en las aeronaves. El proyecto tiene como idea principal ocupar imanes en lugar de neumáticos a la hora del aterrizaje, brinda una mayor estabilidad a la aeronave. Con la construcción, pretendemos demostrar como funcionaria el electromagnetismo en el tren de aterrizaje.

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JUSTIFICACION. El sistema de tren de aterrizaje electromagnético, es creado con el fin de dar una mejor solución y eficacia, ya que este daría una mayor comodidad pero sobre todo una mayor seguridad al momento de aterrizar; en el caso del despegue también es de gran ayuda debido a que no abrían retrasos si la pista estuviera resbaladiza, ya que a la aeronave no tiene contacto físico. También con este proyecto se ayuda a las aerolíneas, que con el gasto de neumáticos el valor es bastante grande, debido a que cada aterrizaje se tiene que cambiar dichos neumáticos que tienen un precio bastante alto y con el electromagnetismo solo le daría mantenimiento a los frenos.

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FUNDAMENTOS CIENTIFICOS Y TECNOLOGICOS

TREN DE ATERRIZAJE: El tren de aterrizaje, es la parte de cualquier aeronave encargada de absorber la energía cinética producida por el contacto entre la aeronave y la pista durante la fase de aterrizaje. SISTEMA DE AMORTIGUACION: El sistema de amortiguación más elemental, esta constituido por el conjunto de cordones elásticos llamados comúnmente mono motores pequeños. El movimiento de las patas de tren hacen estirar este elástico produciéndose el efecto de amortiguación. Existen sistemas de amortiguación, como los usados actualmente, constituidos por un cilindro donde juega un pistón cargado a resorte para acompañar el retorno del mismo, y de una mezcla de aire comprimido y líquido hidráulico para evitar los bruscos movimientos. CAMPOS MAGNETICOS El campo magnético es una propiedad de espacio por la cual una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada inducción magnética (o según algunos autores, Densidad de flujo magnético). Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.

(Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto cruz es un producto vectorial que tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será La existencia de un campo magnético se pone en evidencia por la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que pone en evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro. LEVITRON El Levitrón es un curioso aparato con el que se puede lograr la levitación de una pequeña peonza mientras gira en el aire. La base oculta un imán en forma de anillo que proporciona un campo magnético en forma de copa El Levitrón funciona sin electricidad ni baterías. La base es bastante pesada y contiene 11

los imanes principales. Los ajustes son ciertamente delicados: hay que equilibrar perfectamente la base en horizontal y luego colocar unas arandelas de ajuste de peso al trompo, que vienen en varios tamaños y pesos, hasta 0,1 gramos. La temperatura puede hacer variar el campo magnético y esos ajustes son indispensables: poco peso y sale volando, demasiado peso y no despega.

ELECTROIMANES Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. Fue inventado por el electricista británico William Sturgeon en 1825. El primer electroimán era un trozo de hierro con forma de herradura envuelto por una bobina enrollada sobre él. Sturgeon demostró su potencia levantando 4 kg con un trozo de hierro de 200 g envuelto en cables por los que hizo circular la corriente de una batería. Sturgeon podía regular su electroimán, lo que supuso el principio del uso de la energía eléctrica en máquinas útiles y controlables, estableciendo los cimientos para las comunicaciones electrónicas a gran escala. CORRIENTE CONTINUA La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continúa con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.

FIBRA FENOLICA Las peculiaridades y la novedad de la fibra Kynol (fenólica) obligan a comentarla con amplitud, como representante cualificado de las fibras ignífugas. La verdadera resistencia a la llama sólo es posible cuando los tejidos no arden ni funden al entrar en contacto con una llama; otra necesidad funcional consiste en que los artículos presenten las características de confort y LISO propias de las fibras utilizadas en la fabricación de prendas de vestir. Estas condiciones se cumplirán cuando una fibra proporcione un elevado rendimiento de carbono, experimente un encogimiento mínimo, y no produzca gases inflamables tóxicos. 12

En principio una estructura aromática altamente reticulada será capaz de resistir la fusión y formar un residuo carbonoso estable, aunque se sabe que una resina reticulada no puede convertirse directamente en filamentos y que una fibra altamente reticulada debe conducir a unas propiedades cargar alargamiento insatisfactorias. A pesar de estos desesperanzadores y contradictorios presupuestos, las investigaciones de Carborundum condujeron hace pocos años al desarrollo de una fibra fenólica reticulada con excelente resistencia a la llama y buenas propiedades mecánicas, gracias a la puesta a punto de un nuevo modo de reticulación (12). Además de poseer una excelente resistencia a la llama, la capacidad de aislamiento térmico del Kynol es superior a la del recto de las fibras del mercado. Casi todas las demás fibras orgánicas arden al entrar en contacto con una llama y desprenden una abundante cantidad de humos; las fibras de vidrio no arden pero funden, en tanto que las fibras de carbono y las de nitruro de boro no arden y no funden pero, como las de vidrio, su bajo alargamiento a la rotura, consecuencia de su naturaleza inorgánica, limita considerablemente su uso textil. Cuando se pone en contacto con una llama de oxiacetileno (2.500°C) la superficie de la fibra se transforma en una capa de carbono que actúa de aislante de la capa interior inmediata y se comporta con10 la superficie de un Cuerpo negro al irradiar el calor hacia el exterior. La excelente resistencia de la fibra a la llama se debe indudablemente a su estructura reticulada. En presencia de una llama se convierte en una fibra de carbono con un rendimiento del 60 yo, desprendimiento de CO, y H20 (ambos incombustibles) y solamente trazas de gases combustibles. La elevada proporción de materia carbonizada y el bajo encogimiento (inferior al 15 yo), pueden atribuirse a la estabilidad de los retículos a la carbonización. Por otra parte. el LO1 (índice de límite de oxígeno) es muy elevado como puede observarse en la tabla 111.

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NATURALEZA DEL PTC Un tren de aterrizaje electromagnético consiste en un prototipo de tren de aterrizaje que funcionaria por medio de electroimanes generando así aterrizajes electromagnéticos sin contacto físico con la pista. Este consta como una idea futurista a como serian los trenes de aterrizaje en un futuro que vendrían a sustituir a los que ahora en día conocemos que son los que utilizan neumáticos. El funcionamiento se da debido a electroimanes energizados por corriente directa para que sus polaridades no cambien en ningún momento y así permitir que se repele el tren de aterrizaje con la pista. La función de un electroimán, es justamente, lo que señala su nombre. Un electroimán, es un imán, que funciona como tal en la medida que pase corriente por su bobina. Dejan de magnetizar, al momento en que se corta la corriente. Un electroimán, es compuesto en su interior, por un núcleo de hierro. Núcleo al cual, se le ha incorporado un hilo conductor, recubierto de material aislante, tal como la seda o el barniz. Hilo que tiene que ir enrollado en el núcleo, para que el electroimán funcione. Otra manera de hacer funcionar un electroimán, es de la manera contraria. Cesando el paso de la corriente, por su núcleo. Esto sucede, cuando un electroimán, cuenta con un núcleo de acero. Con lo cual, queda funcionando al igual, que un imán corriente.

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PROCESO DE CONSTRUCCION Par la elaboración de nuestro proyecto tendremos en cuenta los pasos que se llevaran a cobo en el transcurso del año lectivo. • Elaboración de cronograma de actividades. • Proponer ideas para la construcción de la base y el riel. • Diseño de l base y el riel a modo de tener en cuenta del espacio suficiente. • Compra de materiales y recaudación monetaria. • Construcción de la base. • Elaboración de cálculos y electroimanes. • Proceso de fabricación de piezas diseñadas. • Ensamble de piezas fabricadas. • Pulir las soldaduras. • Lijar partes que lo requieran. • Aplicar pintura final para darle vistosidad al prototipo construido.

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PRSUPUESTO Para la construcción del Proyecto Técnico Científico es necesaria la copra de materiales para su elaboración en la siguiente tabla se muestran detalladamente el costo de cada material utilizado en la construcción. Descripción

Valor unitario

Cantidad 1

Total

Barra de Al

$34.15

$34.15

Angulo de He

$14.00

3m

$14.00

Madera

$02.50

5m

$17.50

Alambre esmaltado

$07.35

2 lbs

$14.70

Fibra fenólica

$26.00

0.25 lbs

$ 6.50

Levitro

$85.00

1

$85.00

TOTAL……………………………………………………………….$171.85

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