Un tren de levitación magnética (maglev) desarrollado por Central Japan Railways Co. opera una prueba de funcionamiento el 11 de mayo de 2010 en Tsuru, Japón. Junko Kimura / Getty Images La evolución del transporte masivo ha cambiado fundamentalmente la civilización humana. En la década de 1860, un ferrocarril transcontinental convirtió el trabajo de meses a través de Estados Unidos en un viaje de una semana. Solo unas décadas después, los automóviles de pasajeros permitieron rebotar por el campo mucho más rápido que a caballo. Y por supuesto, durante la era de la Primera Guerra Mundial, los primeros vuelos comerciales comenzaron a transformar nuestros viajes de nuevo, haciendo que los viajes de costa a costa sean cuestión de horas. Pero los viajes en tren en los EE. UU. No son mucho más rápidos hoy que hace un siglo. Para ingenieros que buscan el próximo gran avance, quizás los trenes flotantes "mágicos" sean solo el boleto.
En el siglo XXI hay algunos países que utilizan potentes electroimanes para desarrollar trenes de alta velocidad, llamado trenes maglev . Estos trenes flotan sobre guías utilizando los principios básicos de los imanes para reemplazar la vieja rueda de acero y los trenes de vía. No hay fricción ferroviaria de la que hablar lo que significa que estos trenes pueden alcanzar velocidades de cientos de millas por hora.
Sin embargo, la alta velocidad es solo uno de los principales beneficios de los trenes de levitación magnética. Debido a que los trenes rara vez (si alguna vez) tocan la vía, hay mucho menos ruido y vibración de lo normal, Trenes que hacen temblar la tierra. Menos vibración y fricción resulta en menos averías mecánicas, lo que significa que los trenes de levitación magnética tienen menos probabilidades de sufrir retrasos relacionados con el clima.
Las primeras patentes para levitación magnética (maglev) fueron archivadas por el ingeniero estadounidense de origen francés Emile Bachelet a principios de la década de 1910. Incluso antes de eso, en 1904, El profesor e inventor estadounidense Robert Goddard había escrito un artículo en el que describía la idea de la levitación maglev [fuente:Witschge]. No pasó mucho tiempo antes de que los ingenieros comenzaran a planificar sistemas de trenes basados en esta visión futurista. Pronto, ellos creyeron, los pasajeros subirían a coches propulsados magnéticamente y se desplazarían de un lugar a otro a gran velocidad, y sin muchas de las preocupaciones de mantenimiento y seguridad de los ferrocarriles tradicionales.
La gran diferencia entre un tren de levitación magnética y un tren convencional es que los trenes de levitación magnética no tienen motor, al menos no el tipo de motor que se utiliza para tirar de los típicos vagones de tren a lo largo de vías de acero. El motor de los trenes de levitación magnética es bastante discreto. En lugar de utilizar combustibles fósiles, el campo magnético creado por las bobinas electrificadas en las paredes de la vía-guía y la vía se combinan para propulsar el tren.
Si alguna vez has jugado con imanes, sabes que los polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen entre sí. Este es el principio básico detrás propulsión electromagnética . Los electroimanes son similares a otros imanes en que atraen objetos metálicos, pero la atracción magnética es temporal. Usted mismo puede crear fácilmente un pequeño electroimán conectando los extremos de un cable de cobre a los extremos positivo y negativo de un AA, Batería de celda C o D. Esto crea un pequeño campo magnético. Si desconecta cualquier extremo del cable de la batería, se quita el campo magnético.
El campo magnético creado en este experimento de cable y batería es la idea simple detrás de un sistema ferroviario de tren maglev. Este sistema tiene tres componentes:
Veremos la pista a continuación.
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La vía Maglev permite que el tren flote sobre la vía mediante el uso de imanes repelentes. Aprenda sobre la pista Maglev y vea un diagrama de una pista Magelev. Como funcionan las cosas La bobina magnetizada que corre a lo largo de la pista, llamado a carril-guía , repele los grandes imanes en el tren de aterrizaje, permitiendo que el tren levantar por levitación entre 0,39 y 3,93 pulgadas (1 a 10 centímetros) por encima de la guía [fuente:Boslaugh]. Una vez que el tren levita, se suministra energía a las bobinas dentro de las paredes de la vía para crear un sistema único de campos magnéticos que tiran y empujan el tren a lo largo de la vía. La corriente eléctrica suministrada a las bobinas en las paredes de la vía se alterna constantemente para cambiar la polaridad de las bobinas magnetizadas. Este cambio de polaridad hace que el campo magnético enfrente del tren empuje el vehículo hacia adelante, mientras que el campo magnético detrás del tren agrega más empuje hacia adelante.
Los trenes maglev flotan sobre un colchón de aire, eliminando la fricción. Esta falta de fricción y los diseños aerodinámicos de los trenes permiten que estos trenes alcancen velocidades de transporte terrestre sin precedentes de más de 310 mph (500 kilómetros por hora), o dos veces más rápido que el tren de cercanías más rápido de Amtrak [fuente:Boslaugh]. En comparación, un avión comercial Boeing-777 utilizado para vuelos de largo alcance puede alcanzar una velocidad máxima de aproximadamente 562 mph (905 kph). Los desarrolladores dicen que los trenes de levitación magnética eventualmente unirán ciudades que tengan hasta 1, 000 millas (1, 609 kilómetros) de distancia. A 310 mph, Podrías viajar de París a Roma en poco más de dos horas.
Algunos trenes de levitación magnética son capaces de alcanzar velocidades aún mayores. En octubre de 2016, un tren bala maglev de Japan Railway ardió a 374 mph (601 kph) durante un corto recorrido. Ese tipo de velocidades dan a los ingenieros la esperanza de que la tecnología resulte útil para rutas de cientos de millas de largo.
Alemania y Japón han desarrollado la tecnología del tren maglev, y probó prototipos de sus trenes. Aunque se basa en conceptos similares, los trenes alemanes y japoneses tienen claras diferencias. En Alemania, ingenieros desarrollaron un suspensión electromagnética ( EMS ) sistema, llamado Transrapid. En este sistema, la parte inferior del tren se envuelve alrededor de una guía de acero. Los electroimanes unidos al tren de aterrizaje del tren se dirigen hacia la vía guía, que levita el tren aproximadamente 1/3 de pulgada (1 centímetro) por encima de la vía guía y mantiene el tren levitando incluso cuando no se está moviendo. Otros imanes de guía incrustados en el cuerpo del tren lo mantienen estable durante el viaje. Alemania demostró que el tren de levitación magnética Transrapid puede alcanzar las 300 mph con personas a bordo. Sin embargo, después de un accidente en 2006 (ver recuadro) y enormes sobrecostos en una ruta propuesta de la estación central de Múnich al aeropuerto, los planes para construir un tren maglev en Alemania fueron descartados en 2008 [fuente:DW]. Desde entonces, Asia se ha convertido en el centro de la actividad de levitación magnética.
Accidentes de maglevEl 11 de agosto 2006, un compartimento de tren maglev en la línea del aeropuerto Transrapid Shanghai se incendió. No hubo heridos y los investigadores creen que el incendio fue causado por un problema eléctrico. El 22 de septiembre 2006, un tren de prueba Transrapid en Emsland, Alemania, en una prueba de funcionamiento, se estrelló contra un automóvil de reparación que se había dejado accidentalmente en la pista. El tren iba al menos a 120 mph (193 kph) en ese momento. Unos 23 pasajeros murieron y 11 resultaron heridos. Un tribunal dictaminó que el error humano era el culpable del incidente, lo cual se habría evitado si los empleados hubieran seguido las regulaciones y procedimientos establecidos. No se han reportado más accidentes de levitación magnética desde 2006. Sin embargo, los trenes de prueba en Alemania finalmente se suspendieron mientras el tren maglev de Shanghai todavía funciona.
Arriba hay una imagen de la vía guía para la línea de prueba de levitación magnética Yamanashi en Japón. Fotos cortesía del Instituto de Investigación Técnica Ferroviaria Los ingenieros japoneses han desarrollado una versión competitiva de trenes maglev que utilizan un suspensión electrodinámica ( EDS ) sistema, que se basa en la fuerza repelente de los imanes. La diferencia clave entre la tecnología de trenes de levitación magnética japonesa y alemana es que los trenes japoneses utilizan electroimanes superconductores. Este tipo de electroimán puede conducir electricidad incluso después de que se haya apagado la fuente de alimentación. En el sistema EMS, que utiliza electroimanes estándar, las bobinas solo conducen electricidad cuando hay una fuente de alimentación. Al enfriar las bobinas a temperaturas gélidas, El sistema de Japón ahorra energía. Sin embargo, El sistema criogénico utilizado para enfriar los serpentines puede resultar caro y aumentar significativamente los costes de construcción y mantenimiento.
Otra diferencia entre los sistemas es que los trenes japoneses levitan casi 4 pulgadas (10 centímetros) por encima de la vía. Un posible inconveniente en el uso del sistema EDS es que los trenes de levitación magnética deben rodar sobre neumáticos de goma hasta que alcancen una velocidad de despegue de aproximadamente 150 kph (93 mph). Los ingenieros japoneses dicen que las ruedas son una ventaja si una falla de energía provocó el apagado del sistema. También, los pasajeros con marcapasos tendrían que estar protegidos de los campos magnéticos generados por los electroimanes superconductores.
los Inductrack es un tipo más nuevo de EDS que utiliza imanes permanentes a temperatura ambiente para producir los campos magnéticos en lugar de electroimanes alimentados o imanes superconductores refrigerados. Inductrack utiliza una fuente de energía para acelerar el tren solo hasta que comienza a levitar. Si falla la energía, el tren puede reducir la velocidad gradualmente y detenerse sobre sus ruedas auxiliares.
La pista es en realidad una serie de circuitos en cortocircuito que contienen cable aislado. En un diseño, estos circuitos están alineados como los peldaños de una escalera. Mientras el tren se mueve un campo magnético repele los imanes, haciendo que el tren levite.
Actualmente existen tres diseños de Inductrack:Inductrack I, Inductrack II, e Inductrack III. Inductrack I está diseñado para altas velocidades, mientras que Inductrack II es adecuado para velocidades lentas. Inductrack III está diseñado específicamente para cargas muy pesadas que se mueven a baja velocidad. Los trenes inductrack podrían levitar más alto con mayor estabilidad. Mientras se mueva a unas pocas millas por hora, un tren Inductrack levitará casi una pulgada (2,54 centímetros) por encima de la vía. Un espacio mayor sobre la vía significa que el tren no necesitaría sistemas de detección complejos para mantener la estabilidad.
Los imanes permanentes no se habían utilizado antes porque los científicos pensaron que no crearían suficiente fuerza levitante. El diseño de Inductrack evita este problema colocando los imanes en una Matriz de Halbach . Los imanes están configurados para que la intensidad del campo magnético se concentre por encima de la matriz en lugar de debajo de ella. Están hechos de un material más nuevo que comprende una aleación de neodimio-hierro-boro, que genera un campo magnético más alto. El diseño de Inductrack II incorpora dos matrices Halbach para generar un campo magnético más fuerte a velocidades más bajas.
Notablemente, el concepto de levitación magnética pasiva es una característica central de los sistemas de transporte hiperloop propuestos, que es esencialmente un tren estilo Inductrack que atraviesa un tubo sellado que recubre toda la vía. Es posible que los hiperloops se conviertan en el enfoque de elección, en parte porque esquivan el problema de la resistencia del aire de la manera en que los maglev regulares no pueden, y por lo tanto, debería poder alcanzar velocidades supersónicas. Algunos dicen que un hiperloop puede costar incluso menos que una línea ferroviaria tradicional de alta velocidad.
Pero mientras que los trenes de levitación magnética ya son una tecnología probada con años de historia operativa, nadie ha construido todavía un hiperloop comercial en ningún lugar del mundo [fuente:Davies].
Un tren Transrapid en Emsland, Instalación de prueba de Alemania. Imagen utilizada bajo la licencia de documentación libre GNU Si bien el transporte de levitación magnética se propuso por primera vez hace más de un siglo, el primer tren comercial de levitación magnética no se hizo realidad hasta 1984, cuando un transbordador maglev de baja velocidad entró en funcionamiento entre la estación de tren internacional de Birmingham del Reino Unido y una terminal del aeropuerto del aeropuerto internacional de Birmingham. Desde entonces, han comenzado varios proyectos de levitación magnética, estancado o ha sido completamente abandonado. Sin embargo, Actualmente existen seis líneas comerciales de levitación magnética, y todos están ubicados en Corea del Sur, Japón y China.
El hecho de que los sistemas de levitación magnética sean rápidos, suave y eficiente no cambia un hecho paralizante:estos sistemas son increíblemente costosos de construir. Las ciudades estadounidenses desde Los Ángeles hasta Pittsburgh y San Diego tenían planes de líneas maglev en proceso, pero el gasto de construir un sistema de transporte de levitación magnética (aproximadamente $ 50 millones a $ 200 millones por milla) ha sido prohibitivo y finalmente acabó con la mayoría de los proyectos propuestos. Algunos críticos critican los proyectos de levitación magnética porque cuestan quizás cinco veces más que las líneas ferroviarias tradicionales. Pero los defensores señalan que el costo de operar estos trenes es, en algunos casos, hasta un 70 por ciento menos que con la tecnología de trenes de la vieja escuela [fuentes:Hall, Hidekazu y Nobuo].
No ayuda que algunos proyectos de alto perfil hayan fracasado. La administración de la Universidad Old Dominion en Virginia esperaba tener un súper transbordador que transportara a los estudiantes de un lado a otro del campus a partir del semestre de otoño de 2002. pero el tren hizo algunas pruebas y nunca llegó a alcanzar las velocidades de 64 kph (40 mph) que prometía. Las estaciones de tren finalmente se deconstruyeron en 2010, pero partes del sistema de vías elevadas aún se mantienen en pie, un testimonio de un fracaso de $ 16 millones [fuente:Kidd].
Pero persisten otros proyectos. Un grupo ambicioso quiere construir un tramo de 64 kilómetros (40 millas) desde Washington D.C. a Baltimore, y la idea tiene muchos defensores, pero se espera que el proyecto cueste hasta $ 15 mil millones. El precio exorbitante del concepto podría ser ridículo en cualquier otro lugar del mundo, Pero el embotellamiento demoledor de esta región y el espacio limitado significan que los planificadores e ingenieros de la ciudad necesitan una solución innovadora, y un sistema de levitación magnética superrápido podría ser la mejor opción. Un punto de venta clave:una expansión de este proyecto podría conectar a Washington con la ciudad de Nueva York y reducir los tiempos de viaje a solo 60 minutos. un viaje rápido que podría transformar el comercio y los viajes en el noreste [fuentes:Lazo, Noreste de Maglev].
En Asia, aunque, el auge del maglev ya está esencialmente en marcha. Japón está trabajando febrilmente en una ruta de Tokio a Osaka que podría abrirse en 2037. Cuando esté completa, el tren reducirá el viaje de casi tres horas a solo 67 minutos [fuente:Reuters].
China está considerando seriamente docenas de posibles rutas de levitación magnética, todos ellos en áreas congestionadas que requieren transporte masivo de alta capacidad. Estos no serán trenes de alta velocidad. En lugar de, moverán a mucha gente en distancias más cortas a velocidades más bajas. Sin embargo, China fabrica todas sus propias tecnologías de levitación magnética y está a punto de presentar una línea de levitación magnética comercial de tercera generación con una velocidad máxima de alrededor de 201 km / h (125 mph) y, a diferencia de las versiones anteriores, es completamente autónoma. confiando en cambio en sensores de computadora para la aceleración y el frenado (El país ya tiene algunos trenes de levitación magnética en operación pero necesitan un conductor) [fuente:Wong].
Es imposible saber exactamente cómo figurarán los maglev en el futuro del transporte humano. Los avances en los vehículos autónomos y los viajes aéreos pueden complicar el despliegue de las líneas de levitación magnética. Si la industria del hiperloop logra generar impulso, podría interrumpir todo tipo de sistemas de transporte. Y algunos ingenieros sospechan que incluso los coches voladores aunque increíblemente caro, podría triunfar sobre los sistemas ferroviarios en el futuro porque no necesitan grandes proyectos de infraestructura para despegar.
Quizás en solo una década o dos, naciones de todo el mundo habrán llegado a un veredicto sobre los trenes maglev. Tal vez se conviertan en un eje de los viajes de alta velocidad, o simplemente proyectos favoritos que sirven solo a fragmentos de ciertas poblaciones en áreas urbanas abarrotadas. O tal vez simplemente se desvanezcan en la historia, una forma casi mágica de tecnología de levitación que nunca despegó.
