Electrodinámica
Correas electrodinámicas son largos cables conductores, como el que se desplegó desde el satélite atado, que pueden operar sobre principios electromagnéticos como generadores, mediante la conversión de su energía cinética en energía eléctrica, o como Motores, convirtiendo energía eléctrica en energía cinética. El potencial eléctrico es generado a través de una correa de conducción por su movimiento a través del campo magnético de la Tierra. La elección del metal conductorpara ser utilizado en una correa electrodinámica viene determinada por una variedad de factores. Los principales factores incluyen generalmente una alta conductividad eléctrica, y baja densidad. Los factores secundarios, dependiendo de la aplicación, incluyen el coste, la resistencia a la tracción, y el punto de fusión.
Propulsión de correa
Como parte de un sistema de propulsión de correa, las naves pueden usar largos y fuertes conductores (aunque no todas las correas son conductoras) para cambiar lasórbita s de la nave espacial. Esto implica la posibilidad de hacer los viajes espaciales significativamente más baratos. Es una forma simplificada, de vela magnética de muy bajo presupuesto. Se puede utilizar tanto para acelerar como para frenar una nave que esté orbitando. Cuando la corriente continua es bombeada a través de la correa, ejerce una fuerza contra el campo magnético, y la correa acelera la nave espacial.
Las correas como generadores
Una correa electrodinámica se conecta a un objeto, la correa se orienta en un ángulo con la vertical local entre el objeto y un planeta con un campo magnético. Cuando la correa corta el campo magnético del planeta, genera una corriente, y con ello convierte parte de la energía cinética del cuerpo orbitante en energía eléctrica. Como resultado de este proceso, una fuerza electrodinámica actúa en la correa y el objeto conectado, y dependiendo de la dirección de rotación del objeto aumentará o disminuirá su órbita (orbitando en dirección Oeste el satélite perderá altura y, al contrario, si orbita en dirección Este). El extremo lejano de la correa puede ser dejado al descubierto, haciendo contacto eléctrico con la ionosfera a través de un bucle fantasma. Funcionalmente, los electrones fluyen del plasma del espacio a la correa conductora, pasan a través de una carga resistiva en una unidad de control y se emiten en el plasma del espacio por un emisor de electrones como electrones libres. En principio, los generadores de energía de correa de alta potencia compactos son posibles y, con hardware básico, parece alcanzable de 10 a 25 kilovatios.
Tensión y corriente
La NASA ha llevado a cabo varios experimentos con Motor Generador de Plasma (PMG) con correas en el espacio. Un primer experimento utilizó una correa conductora de 500 metros. En 1996, la NASA realizó un experimento con una correa conductora de 20.000 metros. Cuando la correa estaba totalmente desplegada durante esta prueba, generó un potencial de 3.500 voltios. Esta correa conductora de una sola línea se rompió después de cinco horas de despliegue. Se cree que el fallo fue causado por un arco eléctrico generado por el movimiento de la correa conductora a través del campo magnético de la Tierra.
Cuando una correa se mueve a una velocidad (v) en ángulo recto con el campo magnético de la Tierra (B), se observa un campo eléctrico en el marco de referencia de la correa. Esto puede expresarse como:
- E = v * B = v B
La dirección del campo eléctrico ( 'E) es perpendicular tanto a la velocidad de la correa (v) como al campo magnético ( 'B). Si la correa es un conductor, entonces el campo eléctrico conduce al desplazamiento de cargas a lo largo de la correa. Tenga en cuenta que la velocidad utilizada en esta ecuación es la velocidad orbital de la correa. La tasa de rotación de la Tierra, o de su núcleo, no es relevante. A este respecto, véase también generador homopolar.
Voltaje a través de un conductor
Con un largo hilo conductor de longitud L, se genera un campo eléctrico E en el alambre. Se produce una tensiónVentre los extremos del alambre. Esto se puede expresar como:
donde τ es el ángulo entre el vector longitud ( L) de la cuerda y el vector campo eléctrico ( E), supuesto que está en dirección vertical y perpendicular al vector velocidad (v) en el plano y el vector campo magnético ( B) está fuera del plano.
Corriente en un conductor
Una correa electrodinámica puede ser descrita como un tipo de sistema termodinámico abierto. Los circuitos de correa electrodinámica no se pueden completar simplemente usando otro cable, ya que otra correa desarrollará una tensión similar. Afortunadamente, la magnetosfera de la Tierra no está "vacía", y, en regiones cercanas a la Tierra (especialmente cerca de la atmósfera de la Tierra), existen un plasmas altamente conductor de la electricidad, que se mantiene parcialmenteionizados por la radiación solar u otra energía radiante. La densidad de iones y electrones varía en función de diversos factores, tales como la ubicación, altitud, estación del año, el ciclo de manchas solares, y los niveles de contaminación. Se sabe que un conductor desnudo cargado positivamente puede eliminar fácilmente electrones libres del plasma. Por lo tanto, para completar el circuito eléctrico, se necesita en el extremo superior de la correa positivamente cargada una superficie suficientemente grande de conductor no aislado, permitiendo así que la corriente fluya a través de la correa.
Sin embargo, es más difícil para el extremo opuesto de la correa (negativo) expulsar electrones libres o recoger iones positivos del plasma. Es posible que, mediante el uso de un área de colección muy grande en un extremo de la correa, se puedan recoger bastantes iones como para permitir un flujo de corriente significativo a través del plasma. Esto quedó demostrado durante la misión TSS-1R de la nave Shuttle, cuando el propio transbordador fue utilizado como un contactor de plasma de grandes dimensiones para suministrar alrededor de un amperio de corriente. Métodos mejorados incluyen la creación de un emisor de electrones, tales como un cátodotermoiónico, cátodo de plasma, contactor de plasma, o dispositivo de emisión de electrones de campo. Dado que ambos extremos de la correa están "abiertos" al plasma circundante, los electrones pueden fluir hacia afuera desde un extremo de la correa, mientras que el correspondiente flujo de electrones entra por el otro extremo. De esta manera, el voltaje que se induce electromagnéticamente en la correa puede provocar que la corriente fluya a través del medio ambiente espacial que lo rodea, completando un circuito eléctrico a través de lo que parece ser, a primera vista, un circuito abierto.
Flujo de corriente de correa
La cantidad de corriente (I) que fluye a través de una correa depende de varios factores. Uno de ellos es la resistencia total del circuito (R). La resistencia del circuito consta de tres componentes:
- la resistencia efectiva del plasma,
- la resistencia de la correa, y
- un control variable de resistencia.
Además, se necesita una carga parasitaria. La carga de la corriente puede adoptar la forma de un dispositivo de carga que, a su vez, carga fuentes de energía de reserva, tales como las baterías. Las baterías en cambio se utilizarán para el control de la energía y para los circuitos de comunicación, así como conducir los dispositivos emisores de electrones en el extremo negativo de la correa. Como tal, la correa puede ser completamente autoalimentada, suministrando además de la carga inicial en las baterías la energía eléctrica necesaria para el despliegue y el procedimiento de inicio.
La carga de la batería de carga puede ser vista como una resistencia que absorbe la energía, pero almacena ésta para su uso posterior (en vez de inmediatamente disipando el calor). Esto se incluye como parte de la “resistencia de control". La carga de la batería de carga no es tratada como una “resistencia base”, aunque, como el circuito de carga se puede desactivar en cualquier momento, cuando está apagado, las operaciones se puede continuar sin interrupción, utilizando la energía almacenada en las baterías.
Retos
Una de las complicaciones de estas técnicas es que si la correa rota, la dirección de la corriente se invierte (como es el caso de la corriente alterna de los alternadores). Otras incluyen la inestabilidad del movimiento pendular y los picos de energía eléctrica.
Inestabilidad del movimiento pendular
Las correas electrodinámicas desplegadas a lo largo de la vertical local ( 'correas colgando') sufren inestabilidad dinámica. El movimiento pendular hace que la amplitud de vibración de la correa aumente bajo la acción de la interacción electromagnética. A medida que aumenta el tiempo de misión, este comportamiento puede comprometer el rendimiento del sistema. En unas pocas semanas, las correas electrodinámicas en órbita de la Tierra pueden acumular también las vibraciones en muchos modos, ya que su órbita interactúa con las irregularidades en los campos magnéticos y gravitacionales.
Un plan para controlar las vibraciones consiste en variar activamente la corriente de la correa para contrarrestar el crecimiento de las vibraciones. Las correas electrodinámicas pueden estabilizarse mediante la reducción de su corriente cuando se alimentan las oscilaciones, y aumentándola cuando se opone a las oscilaciones. Las simulaciones han demostrado que esto puede controlar la vibración del amarre. Este enfoque requiere de sensores para medir las vibraciones de la correa, que puede ser un sistema de navegación inercial en un extremo de la correa, o sistemas de navegación por satélite montados en la correa, que transmitan sus posiciones a un receptor en el extremo.
Otro método propuesto es utilizar correas electrodinámicas hiladas en lugar de correas colgantes. El efecto giroscópico proporciona una estabilización pasiva, para evitar la inestabilidad.
Picos de energía
Como ya se mencionó anteriormente, las correas conductoras han fallado por picos de corriente inesperados. Inesperadas descargas electrostáticas han cortado las correas (por ejemplo, ver Tethered Satellite System Reflight (TSS-1R) en STS-75), resultando la electrónica dañada y la maquinaria de manejo de la correa soldada. Puede ser que el campo magnético de la Tierra no sea tan homogéneo como algunos ingenieros han creído.
INTRODUCCIÓN
Las correas se utilizan para transmitir, mediante un movimiento de rotación, potencia entre árboles normalmente paralelos, entre los cuales no es preciso mantener una relación de transmisión exacta y constante. El hecho de no poder exigir una relación de transmisión exacta y constante se debe a que en estas transmisiones hay pérdidas debido al deslizamiento de las correas sobre las poleas.
Dicho deslizamiento no es constante sino que varía en función de las condiciones de trabajo, es decir, de los valores de par transmitido y de la velocidad de la correa.
Las transmisiones por medio de correas son denominadas de tipo flexible pues absorben vibraciones y choques de los que sólo tienden a transmitir un mínimo al eje arrastrado.
Son estas transmisiones adecuadas para distancias entre ejes relativamente grandes,
Actuando bajo condiciones adversas de trabajo (polvo, humedad, calor, etc.), son además silenciosos y tienen una larga vida útil sin averías, ni problemas de funcionamiento.
Las Correas electrodinámicas
son largos cables conductores, como el que se desplegó desde el satélite atado, que pueden operar sobre principios electromagnéticos como generadores, mediante la conversión de su energía cinética en energía eléctrica, o como Motores, convirtiendo energía eléctrica en energía cinética. El potencial eléctrico es generado a través de una correa de conducción por su movimiento a través del campo magnético de la Tierra. La elección del metal conductor para ser utilizado en una correa electrodinámica viene determinada por una variedad de factores. Los principales factores incluyen generalmente una alta conductividad eléctrica, y baja densidad. Los factores secundarios, dependiendo de la aplicación, incluyen el coste, la resistencia a la tracción, y el punto de fusión.
Propulsión de correa.
Como parte de un sistema de propulsión de correa, las naves pueden usar largos y fuertes conductores (aunque no todas las correa s son conductores) para cambiar las órbitas de la nave espacial.
La correa como generador
Una correa electrodinámica se conecta a un objeto, la correa se orienta en un ángulo con la vertical local entre el objeto y un planeta con un campo magnético. Cuando la correa corta el campo magnético del planeta, genera una corriente, y con ello convierte parte de la energía cinética del cuerpo orbitante en energía eléctrica. Como resultado de este proceso, una fuerza electrodinámica actúa en la correa y el objeto conectado, frenando su movimiento orbital. El extremo lejano de la correa puede ser dejado al descubierto, haciendo contacto eléctrico con la ionosfera a través de un bucle fantasma.
Correas de transmisión
Se conoce como correa de transmisión a un tipo de transmisión mecánica basado en la unión de dos o más ruedas, sujetas a un movimiento de rotación, por medio de una cinta o correa continua, la cual abraza a las primeras en cierto arco y en virtud de las fuerzas de fricción en su contacto arrastra a las ruedas conducidas suministrándoles energía desde la rueda motriz.
Es importante destacar que las correas de trasmisión basan su funcionamiento fundamentalmente en las fuerzas de fricción, esto las diferencia de otros medios de flexibles de transmisión mecánica, como lo son las cadenas de transmisión y las correas dentadas las cuales se basan en la interferencia mecánica entre los distintos elementos de la transmisión.
Las correas de transmisión son generalmente hechas de goma, y se pueden clasificar en dos tipos: planas y trapezoidales.
Correas Planas
Las correas planas se caracterizan por tener por sección transversal un rectángulo. Fueron el primer tipo de correas de transmisión utilizadas, pero actualmente han sido sustituidas por las correas trapezoidales. Son todavía estudiadas porque su funcionamiento representa la física básica de todas las correas de trasmisión.
Correas multipista o estriada
Actualmente están sustituyendo a las trapezoidales, ya que al permitir pasar por poleas tanto por la cara estriada (de trabajo) como por la cara plana inversa, permite recorridos mucho más largos y por lo tanto arrastrar muchos más sistemas. Además permiten el montaje de un tensor automático. En las aplicaciones más conocidas, la de los automóviles o vehículos industriales, pueden arrastrar por ejemplo a la vez: Alternador, Servodirección, Bomba de agua, Compresor de aire acondicionado, Ventilador (este último sólo en tracción trasera e industriales).
Correas Trapezoidales
A diferencia de las planas, su sección transversal es un trapecio. Esta forma es un artificio para aumentar las fuerzas de fricción entre la correa y las poleas con que interactúan. Otra versión es la trapezoidal dentada que posibilita un mejor ajuste a radios de polea menores.
• Las correas en V se fabrican usualmente en tela y refuerzo de cordón, generalmente de algodón, rayón o nylon, y se impregnan de caucho (o hule).
• Se usan con poleas ranuradas de sección similar y distancias entre centros más cortas.
• Son ligeramente menos eficientes que las planas, pero varias pueden montarse paralelas en poleas ranuradas especiales; por tanto, constituyen así una transmisión múltiple.
• Las correas trapezoidales son, entre los tipos básicos de correas, las que han adquirido mayor aplicación en la industria.
• La capacidad de carga de una correa trapecial es mayor que la de una plana debido al mayor coeficiente reducido de fricción.
Correa de distribución
La correa de distribución o dentada , es uno de los más comunes métodos de transmisión de la energía mecánica entre un piñón de arrastre y otro arrastrado, mediante un sistema de dentado mutuo que posee tanto la correa como los piñones, impidiendo su deslizamiento mutuo. Se emplea muy frecuentemente en motores Otto y diesel de 4 tiempos entre el cigüeñal y el árbol de levas, en motores de motocicletas y maquinaria industrial, de forma general, es una correa de goma que normalmente enlaza un generador de movimiento con un receptor de la misma por medio de poleas o piñones.
CORREAS DENTADAS
Constituyen las correas dentadas un sistema moderno de transmisión de potencia que reúne la práctica totalidad de los ventajas de las correas planas y trapeciales y elimina sus inconvenientes. Entre los nombres con los que se comercializan se les llama correas de sincronización que es bastante definitorio de una
de sus más importantes cualidades. Sus elementos de tracción usuales son cables de acero y es por lo que estiran muy poco bajo carga y servicio y soportan grandes esfuerzos.
Su tensión inicial puede ser muy baja, lo que origina una reducida carga en los cojinetes y no
precisa (aunque no son desechables) elementos tensores.
Se construyen a base de neopreno al que se le coloca una cubierta exterior de nylon.
Como las poleas que requieren se tallan con dientes la transmisión que realizan es
sincronizada lo que en muchos casos además de útil es necesario.
Tienen un funcionamiento silencioso, no precisan lubricación. Para su cálculo es preciso tener en cuenta que, según indica la experiencia, debe haber un mínimo de seis dientes en contacto.
Las correas se utilizan para transmitir, mediante un movimiento de rotación, potencia entre árboles normalmente paralelos, entre los cuales no es preciso mantener una relación de transmisión exacta y constante. El hecho de no poder exigir una relación de transmisión exacta y constante se debe a que en estas transmisiones hay pérdidas debido al deslizamiento de las correas sobre las poleas.
Dicho deslizamiento no es constante sino que varía en función de las condiciones de trabajo, es decir, de los valores de par transmitido y de la velocidad de la correa.
Las transmisiones por medio de correas son denominadas de tipo flexible pues absorben vibraciones y choques de los que sólo tienden a transmitir un mínimo al eje arrastrado.
Son estas transmisiones adecuadas para distancias entre ejes relativamente grandes,
Actuando bajo condiciones adversas de trabajo (polvo, humedad, calor, etc.), son además silenciosos y tienen una larga vida útil sin averías, ni problemas de funcionamiento.
Las Correas electrodinámicas
son largos cables conductores, como el que se desplegó desde el satélite atado, que pueden operar sobre principios electromagnéticos como generadores, mediante la conversión de su energía cinética en energía eléctrica, o como Motores, convirtiendo energía eléctrica en energía cinética. El potencial eléctrico es generado a través de una correa de conducción por su movimiento a través del campo magnético de la Tierra. La elección del metal conductor para ser utilizado en una correa electrodinámica viene determinada por una variedad de factores. Los principales factores incluyen generalmente una alta conductividad eléctrica, y baja densidad. Los factores secundarios, dependiendo de la aplicación, incluyen el coste, la resistencia a la tracción, y el punto de fusión.
Propulsión de correa.
Como parte de un sistema de propulsión de correa, las naves pueden usar largos y fuertes conductores (aunque no todas las correa s son conductores) para cambiar las órbitas de la nave espacial.
La correa como generador
Una correa electrodinámica se conecta a un objeto, la correa se orienta en un ángulo con la vertical local entre el objeto y un planeta con un campo magnético. Cuando la correa corta el campo magnético del planeta, genera una corriente, y con ello convierte parte de la energía cinética del cuerpo orbitante en energía eléctrica. Como resultado de este proceso, una fuerza electrodinámica actúa en la correa y el objeto conectado, frenando su movimiento orbital. El extremo lejano de la correa puede ser dejado al descubierto, haciendo contacto eléctrico con la ionosfera a través de un bucle fantasma.
Correas de transmisión
Se conoce como correa de transmisión a un tipo de transmisión mecánica basado en la unión de dos o más ruedas, sujetas a un movimiento de rotación, por medio de una cinta o correa continua, la cual abraza a las primeras en cierto arco y en virtud de las fuerzas de fricción en su contacto arrastra a las ruedas conducidas suministrándoles energía desde la rueda motriz.
Es importante destacar que las correas de trasmisión basan su funcionamiento fundamentalmente en las fuerzas de fricción, esto las diferencia de otros medios de flexibles de transmisión mecánica, como lo son las cadenas de transmisión y las correas dentadas las cuales se basan en la interferencia mecánica entre los distintos elementos de la transmisión.
Las correas de transmisión son generalmente hechas de goma, y se pueden clasificar en dos tipos: planas y trapezoidales.
Correas Planas
Las correas planas se caracterizan por tener por sección transversal un rectángulo. Fueron el primer tipo de correas de transmisión utilizadas, pero actualmente han sido sustituidas por las correas trapezoidales. Son todavía estudiadas porque su funcionamiento representa la física básica de todas las correas de trasmisión.
Correas multipista o estriada
Actualmente están sustituyendo a las trapezoidales, ya que al permitir pasar por poleas tanto por la cara estriada (de trabajo) como por la cara plana inversa, permite recorridos mucho más largos y por lo tanto arrastrar muchos más sistemas. Además permiten el montaje de un tensor automático. En las aplicaciones más conocidas, la de los automóviles o vehículos industriales, pueden arrastrar por ejemplo a la vez: Alternador, Servodirección, Bomba de agua, Compresor de aire acondicionado, Ventilador (este último sólo en tracción trasera e industriales).
Correas Trapezoidales
A diferencia de las planas, su sección transversal es un trapecio. Esta forma es un artificio para aumentar las fuerzas de fricción entre la correa y las poleas con que interactúan. Otra versión es la trapezoidal dentada que posibilita un mejor ajuste a radios de polea menores.
• Las correas en V se fabrican usualmente en tela y refuerzo de cordón, generalmente de algodón, rayón o nylon, y se impregnan de caucho (o hule).
• Se usan con poleas ranuradas de sección similar y distancias entre centros más cortas.
• Son ligeramente menos eficientes que las planas, pero varias pueden montarse paralelas en poleas ranuradas especiales; por tanto, constituyen así una transmisión múltiple.
• Las correas trapezoidales son, entre los tipos básicos de correas, las que han adquirido mayor aplicación en la industria.
• La capacidad de carga de una correa trapecial es mayor que la de una plana debido al mayor coeficiente reducido de fricción.
Correa de distribución
La correa de distribución o dentada , es uno de los más comunes métodos de transmisión de la energía mecánica entre un piñón de arrastre y otro arrastrado, mediante un sistema de dentado mutuo que posee tanto la correa como los piñones, impidiendo su deslizamiento mutuo. Se emplea muy frecuentemente en motores Otto y diesel de 4 tiempos entre el cigüeñal y el árbol de levas, en motores de motocicletas y maquinaria industrial, de forma general, es una correa de goma que normalmente enlaza un generador de movimiento con un receptor de la misma por medio de poleas o piñones.
CORREAS DENTADAS
Constituyen las correas dentadas un sistema moderno de transmisión de potencia que reúne la práctica totalidad de los ventajas de las correas planas y trapeciales y elimina sus inconvenientes. Entre los nombres con los que se comercializan se les llama correas de sincronización que es bastante definitorio de una
de sus más importantes cualidades. Sus elementos de tracción usuales son cables de acero y es por lo que estiran muy poco bajo carga y servicio y soportan grandes esfuerzos.
Su tensión inicial puede ser muy baja, lo que origina una reducida carga en los cojinetes y no
precisa (aunque no son desechables) elementos tensores.
Se construyen a base de neopreno al que se le coloca una cubierta exterior de nylon.
Como las poleas que requieren se tallan con dientes la transmisión que realizan es
sincronizada lo que en muchos casos además de útil es necesario.
Tienen un funcionamiento silencioso, no precisan lubricación. Para su cálculo es preciso tener en cuenta que, según indica la experiencia, debe haber un mínimo de seis dientes en contacto.
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