¿Son los trenes de levitación magnética el transporte del futuro? ¿Cómo funciona un tren de levitación magnética?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Ya han pasado más de doscientos años desde el momento en que la humanidad inventó las primeras locomotoras de vapor. Sin embargo, el transporte ferroviario terrestre que transporta pasajeros y cargas pesadas utilizando la electricidad y el combustible diésel sigue siendo muy común.

Vale la pena decir que durante todos estos años, los ingenieros e inventores han estado trabajando activamente para crear formas alternativas de moverse. El resultado de su trabajo fueron trenes sobre cojines magnéticos.

Historial de apariencia

La idea misma de crear trenes sobre cojines magnéticos se desarrolló activamente a principios del siglo XX. Sin embargo, no fue posible realizar este proyecto en ese momento por una serie de razones. La fabricación de un tren de este tipo comenzó solo en 1969. Fue entonces cuando se colocó una vía magnética en el territorio de la República Federal de Alemania, a lo largo de la cual debía pasar un nuevo vehículo, que más tarde se denominó tren maglev. Fue lanzado en 1971. El primer tren de levitación magnética, que se llamó Transrapid-02, pasó por la vía magnética.

Un dato interesante es que los ingenieros alemanes fabricaron un vehículo alternativo basándose en los registros dejados por el científico Hermann Kemper, quien recibió una patente que confirmaba la invención del plano magnético allá por 1934.

"Transrapid-02" difícilmente puede llamarse muy rápido. Podía moverse a una velocidad máxima de 90 kilómetros por hora. Su capacidad también era baja: solo cuatro personas.

En 1979, se creó un modelo de levitación magnética más avanzado. Este tren, denominado "Transrapid-05", ya podía transportar sesenta y ocho pasajeros. Se movió a lo largo de la línea ubicada en la ciudad de Hamburgo, cuya longitud era de 908 metros. La velocidad máxima que desarrolló este tren fue de setenta y cinco kilómetros por hora.

En el mismo 1979, se lanzó otro modelo de levitación magnética en Japón. La llamaron "ML-500". El tren japonés sobre un cojín magnético desarrolló una velocidad de hasta quinientos diecisiete kilómetros por hora.

Competitividad

La velocidad que pueden desarrollar los trenes de colchón magnético se puede comparar con la velocidad de los aviones. En este sentido, este tipo de transporte puede convertirse en un serio competidor de aquellas rutas aéreas que operan a una distancia de hasta mil kilómetros. El uso generalizado de los maglev se ve obstaculizado por el hecho de que no pueden moverse sobre las superficies ferroviarias tradicionales. Los trenes sobre cojines magnéticos necesitan construir carreteras especiales. Y esto requiere una gran inversión de capital. También se cree que el campo magnético creado por los maglev puede afectar negativamenteel cuerpo humano, lo que afectará negativamente la salud del conductor y los residentes de las regiones ubicadas cerca de dicha ruta.

Principio de funcionamiento

Los trenes con cojines magnéticos son un tipo especial de transporte. Durante el movimiento, el maglev parece flotar sobre las vías del tren sin tocarlas. Esto se debe al hecho de que el vehículo está controlado por la fuerza de un campo magnético creado artificialmente. Durante el movimiento del maglev, no hay fricción. La fuerza de frenado es resistencia aerodinámica.

¿Cómo funciona? Cada uno de nosotros conoce las propiedades básicas de los imanes de las lecciones de física de sexto grado. Si dos imanes se juntan con sus polos norte, se repelerán entre sí. Se crea un llamado cojín magnético. Al conectar diferentes polos, los imanes se atraerán entre sí. Este principio bastante simple subyace en el movimiento del tren de levitación magnética, que literalmente se desliza por el aire a una distancia insignificante de los rieles.

Actualmente, ya se han desarrollado dos tecnologías, con la ayuda de las cuales se activa un cojín magnético o suspensión. El tercero es experimental y solo existe en papel.

Suspensión electromagnética

Esta tecnología se llama EMS. Se basa en la fuerza del campo electromagnético, que cambia con el tiempo. Provoca la levitación (elevación en el aire) del maglev. Para el movimiento del tren en este caso se requieren rieles en forma de T, los cuales están hechos deconductor (normalmente de metal). De esta forma, el funcionamiento del sistema es similar al de un ferrocarril convencional. Sin embargo, en el tren, en lugar de pares de ruedas, se instalan imanes de guía y soporte. Se colocan paralelos a los estatores ferromagnéticos ubicados a lo largo del borde de la red en forma de T.

La principal desventaja de la tecnología EMS es la necesidad de controlar la distancia entre el estator y los imanes. Y esto a pesar de que depende de muchos factores, entre ellos la naturaleza inestable de la interacción electromagnética. Para evitar una parada repentina del tren, se le instalan baterías especiales. Son capaces de recargar los generadores lineales integrados en los imanes de soporte y así mantener el proceso de levitación durante mucho tiempo.

Los trenes basados en EMS son frenados por un motor lineal síncrono de baja aceleración. Está representado por imanes de apoyo, así como por la carretera, sobre la que se cierne el maglev. La velocidad y el empuje de la composición se pueden controlar cambiando la frecuencia y la fuerza de la corriente alterna generada. Para reducir la velocidad, simplemente cambie la dirección de las ondas magnéticas.

Suspensión electrodinámica

Existe una tecnología en la que el movimiento del maglev ocurre cuando dos campos interactúan. Uno de ellos se crea en el lienzo de la carretera y el segundo se crea a bordo del tren. Esta tecnología se llama EDS. Sobre esta base, se construyó un tren de levitación magnética japonés JR–Maglev.

Este sistema tiene algunas diferencias con el EMS, dondeimanes ordinarios, a los que se suministra corriente eléctrica desde las bobinas solo cuando se les aplica energía.

La tecnología EDS implica un suministro constante de electricidad. Esto ocurre incluso si la fuente de alimentación está apagada. El enfriamiento criogénico se instala en las bobinas de dicho sistema, lo que ahorra cantidades significativas de electricidad.

Ventajas y desventajas de la tecnología EDS

El lado positivo de un sistema que funciona con una suspensión electrodinámica es su estabilidad. Incluso una ligera reducción o aumento de la distancia entre los imanes y el lienzo está regulada por las fuerzas de repulsión y atracción. Esto permite que el sistema esté en un estado in alterado. Con esta tecnología, no hay necesidad de instalar electrónica de control. No hay necesidad de dispositivos para ajustar la distancia entre la red y los imanes.

La tecnología EDS tiene algunos inconvenientes. Por lo tanto, la fuerza suficiente para hacer levitar la composición solo puede surgir a alta velocidad. Es por eso que los maglev están equipados con ruedas. Proporcionan su movimiento a velocidades de hasta cien kilómetros por hora. Otra desventaja de esta tecnología es la fuerza de fricción generada en la parte posterior y frontal de los imanes repulsivos a bajas velocidades.

Debido al fuerte campo magnético en el tramo destinado a los pasajeros, es necesario instalar protecciones especiales. De lo contrario, no se permite viajar a una persona con marcapasos. También se necesita protección para medios de almacenamiento magnéticos (tarjetas de crédito y HDD).

Desarrolladotecnología

El tercer sistema, que actualmente solo existe en el papel, es el uso de imanes permanentes en la variante EDS, que no requieren energía para activarse. Hasta hace poco, se creía que esto era imposible. Los investigadores creían que los imanes permanentes no tenían tal fuerza que pudiera hacer que el tren levitara. Sin embargo, este problema se evitó. Para resolverlo, los imanes se colocaron en la matriz de Halbach. Tal disposición conduce a la creación de un campo magnético no debajo de la matriz, sino por encima de ella. Esto ayuda a mantener la levitación del tren incluso a una velocidad de unos cinco kilómetros por hora.

Este proyecto aún no ha recibido una implementación práctica. Esto se debe al alto costo de las matrices hechas de imanes permanentes.

Dignidad de los maglev

El lado más atractivo de los trenes de levitación magnética es la perspectiva de alcanzar altas velocidades que permitirán que los trenes de levitación magnética compitan incluso con los aviones a reacción en el futuro. Este tipo de transporte es bastante económico en cuanto al consumo eléctrico. Los costos para su operación también son bajos. Esto se hace posible debido a la ausencia de fricción. El bajo nivel de ruido de los maglev también es agradable, lo que tendrá un impacto positivo en la situación medioambiental.

Defectos

La desventaja de los maglev es que se necesita mucho para fabricarlos. Los gastos de mantenimiento de las vías también son elevados. Además, el modo de transporte considerado requiere un complejo sistema de vías y ultraprecisosdispositivos que controlan la distancia entre la lona y los imanes.

Implementación del proyecto en Berlín

En la capital de Alemania en la década de 1980, tuvo lugar la apertura del primer sistema maglev llamado M-Bahn. La longitud del lienzo era de 1,6 km. Un tren de levitación magnética circulaba entre tres estaciones de metro los fines de semana. El viaje para los pasajeros era gratuito. Tras la caída del Muro de Berlín, la población de la ciudad casi se duplicó. Requería la creación de redes de transporte con capacidad para proporcionar un alto tráfico de pasajeros. Es por eso que en 1991 se desmanteló la lona magnética y en su lugar se inició la construcción del metro.

Birmingham

En esta ciudad alemana, un maglev de baja velocidad se conectó desde 1984 hasta 1995. aeropuerto y estación de tren. La longitud del camino magnético fue de solo 600 m.

La vía funcionó durante diez años y fue cerrada debido a numerosas quejas de los pasajeros sobre las molestias existentes. Posteriormente, el monorriel reemplazó al maglev en esta sección.

Shanghái

La primera carretera magnética de Berlín fue construida por la empresa alemana Transrapid. El fracaso del proyecto no disuadió a los desarrolladores. Continuaron su investigación y recibieron una orden del gobierno chino, que decidió construir una pista de levitación magnética en el país. Esta ruta de alta velocidad (hasta 450 km/h) conectaba Shanghái y el aeropuerto de Pudong. La carretera de 30 km de largo se inauguró en 2002. Los planes futuros incluyen su extensión a 175 km.

Japón

Este país albergó una exposición en 2005Expo-2005. Para su apertura se puso en funcionamiento una pista magnética de 9 km de largo. Hay nueve estaciones en la línea. Maglev sirve al área adyacente al lugar de exhibición.

Maglev se considera el transporte del futuro. Ya en 2025 está prevista la apertura de una nueva superautopista en un país como Japón. El tren de levitación magnética transportará pasajeros desde Tokio hasta uno de los distritos de la parte central de la isla. Su velocidad será de 500 km/h. Se necesitarán alrededor de cuarenta y cinco mil millones de dólares para implementar el proyecto.

Rusia

Ferrocarril Ruso también planea la creación de un tren de alta velocidad. Para 2030, maglev en Rusia conectará Moscú y Vladivostok. Los pasajeros superarán la ruta de 9300 km en 20 horas. La velocidad del tren de levitación magnética alcanzará los quinientos kilómetros por hora.