Tren de levitación magnética
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Maglev como también se le conoce, o Levitación Magnética es un sistema de transporte veloz, silencioso y suave que se está utilizando principalmente en trenes y hace que el medio de transporte se quede suspendido en el aire por la fuerza de potentes imanes.
La mayor velocidad registrada por un tren maglev fue de 581 km/h en Japón en el año 2003, 6 km/h más rápido que el récord de velocidad del TGV convencional. Obviamente es más lento que un avión, pero es solo porque los aviones pueden volar a alturas mayores y la resistencia al aire es menor.
De hecho el Maglev podría ser el transporte del futuro, dado que tiene potencial de poder alcanzar los 6400 km/h se se despliega en un túnel al vacío.
Sumario
El tren de levitación magnética
Sistema de transporte ferroviario en el cual el tren levita sobre una via sustentado por campos magnéticos. Este estado de suspensión limita el rozamiento del convoy al aire ambiental, permitiendo a este sistema ferroviario alcanzar velocidades casi imposibles de conseguir en un ferrocarril convencional (hasta 600 km/h en prototipos).
Esta tecnología lleva muchos años en desarrollo, pero el alto coste de este tipo de infraestructuras ha limitado su implantación.
Tipos de tecnologías
En la actualidad existen 3 tipos de tecnología de levitación magnética:
- Suspensión electromagnética (EMS): Permite altas velocidades y genera campos magnéticos poco peligrosos. Tiene un alto coste de producción y explotación.
- 'Suspensión electrodinámica (EDS): Permite altas velocidades y altas cargas de peso. Utiliza superconductores de alta temperatura HTS que deben ser refrigerados con nitrógeno. Los campos magnéticos generados son altamente perceptibles dentro y fuera del trén, lo cual imposibilita su uso a personas con marcapasos. Debe dotarse con ruedas para los trayectos en los que se mueve a poca velocidad. El coste por kilómetro es gigantesco.
- Suspensión con imanes permanentes (Inductrack): Se trata de un sistema con menores costes de explotación debido a que no necesita corriente para proveer la levitación. El campo magnético permanente garantiza la suspensión en caso de fallo electrico. Los trenes deben dotarse de ruedas para proveer la propulsión.
Trenes en explotación
El primer sistema comercial de trenes Maglev existente en el mundo está desarrollado por la compañía alemana Transrapid International, una joint-venture de los grupos industriales Siemens y Thyssenkrupp.
De momento su producto tan solo ha sido instalado en Shanghái, en la linea que une el centro financiero de la ciudad con su aeropuerto internacional.
El tren de levitación magnética de alta velocidad permite realizar el recorrido, de 30 kilómetros, en tan solo 7 minutos y medio.
Otros proyectos
Existen otros proyectos en Alemania, Estados Unidos, Emiratos Árabes, Holanda, e incluso un gran proyecto para unir las ciudades de Londres y Glasgow, atravesando practicamente toda Gran Bretaña, aunque de momento ninguna de estas propuestas se encuentra aprobada.
Japón es junto aAlemania el país mas activo en cuanto a investigación y desarrollo de esta tecnología. La compañía Japan Railway desarrolla desde hace unos años el proyecto JR-Maglev. Este sistema, al igual que Transrapid, utiliza tecnología EMS. Las pruebas de este sistema se lleva a cabo en la linea experimental Yamanashi, donde se ha logrado la mayor velocidad alcanzada por un tren maglev hasta el momento, 581 km/h (diciembre de 2003).
Teorías para su desarrollo
Las dos teorías seguidas por estos países en el desarrollo de este tipo de ferrocarril son las siguientes:
- El modelo alemán se basa en la suspensión usando electroimanes DC controlados.
- El modelo japonés utiliza levitación mediante la aplicación de materiales superconductores.
Desarrollo del proyecto en Japón
En Japón existe en la actualidad la línea Tokio-Osaka del tren bala Tokaido Shinkasen que es utilizada diariamente por un gran número de pasajeros. Dicha línea fue inaugurada en 1964 y dicho tren alcanza una velocidad máxima de 270 Km/h; recorre la totalidad de la distancia de la línea en 150 minutos, y transporta alrededor de 140 millones de pasajeros al año. Cada día salen de la estación central de Tokyo 140 trenes con 16 vagones. Cada tren mide 400 m y puede llevar hasta 1300 pasajeros. Debido a que la demanda es superior a la oferta es obvio que Japón necesita otra línea de alta velocidad entre Tokyo y Osaka, y de aquí el gran interés por el rápido desarrollo del proyecto del tren de levitación en este país.
Razones para este sistema de transporte
- Debido a la falta de rozamientos, la velocidad máxima teórica que puede alcanzar es muy superior a la de un tren convencional.
- Es un tren muy seguro, pues sus características constructivas hacen imposible el descarrilamiento.
- Como no existe contacto entre las partes móviles, éstas apenas se desgastan. Además desaparece la catenaria. Todo esto facilita el mantenimiento de los vehículos y la vía.
- Presenta niveles muy bajos de contaminación acústica.
- La única fuerza que limita su avance es la resistencia del aire.
Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento de este tren es su propulsión, levitación y guiado por medio de la fuerza electromagnética que actúa entre los imanes superconductores del tren y las bobinas de la vía.
El sistema de propulsión del vehículo es un motor síncrono lineal:
- El inductor son las bobinas trifásicas colocadas en la vía.
- El inducido son las bobinas superconductoras del tren.
La vía se divide en partes de una determinada longitud y las bobinas que están dentro de cada parte se conectan en serie entre sí formando una sección de alimentación. Cada sección se conecta a la toma de corriente mediante un interruptor de sección.
El sistema de levitación está compuesto por un imán superconductor en el tren y bobinas cortocircuitadas en la vía, las cuales pueden sustituirse por unas planchas de metal, haciendo el mismo efecto.
Cuando el vehículo se mueve lo hace también el campo magnético creado por los imanes superconductores. Si el circuito es inductivo se genera una fuerza de levitación, mientras que si es resistivo la fuerza de levitación se anula y aparece una fuerza magnética de resistencia que se opone al movimiento.
Como este sistema se basa en la corriente inducida en la bobina de la vía, la fuerza de levitación es cero cuando está parado. La fuerza de levitación aumenta con la velocidad del vehículo, aunque por encima de cierta velocidad el aumento es mínimo. Cuando la fuerza de levitación iguala el peso del vehículo, éste despega.
Además el sistema de levitación genera una fuerza lateral que debe ser considerada y anulada por el sistema de guiado.
Principio de sistema de guiado
El sistema de guiado se basa en el mismo principio que el sistema de levitación. La diferencia entre ambos reside en que el sistema de levitación actúa siempre para generar una fuerza que soporte el peso del vehículo, mientras que el sistema de guiado genera una fuerza sólo cuando el vehículo se desplaza lateralmente; por todo esto se suelen conectar entre sí las bobinas de ambos lados de la vía.
Construcción del sistema
Dentro del apartado de construcción del sistema del tren lo que más se tiene en cuenta es el aspecto económico, por lo que para abaratar costes por kilómetro de vía es necesario disminuir el número de bobinas. Para llegar a tal objetivo se ha optado, tras numerosos estudios, por la disposición vertical de las bobinas.
Los convertidores de potencia alimentan las bobinas de propulsión de la guía, lo que hace que estas bobinas actúen como imanes. La interacción entre las bobinas de propulsión y los imanes superconductores del tren produce la fuerza propulsora.
Los imanes superconductores ejercen fuerzas de atracción y repulsión sobre las bobinas de la base, por lo que éstas deben de ser lo suficientemente resistentes. Como las bobinas de propulsión deben instalarse a lo largo de toda la vía, deben de ser lo más baratas posible.
Para reducir considerablemente el campo creado por los armónicos se adopta por disponer las bobinas en doble capa, cubriendo cada bobina 180º eléctricos.
Sistema de refrigeración
Cualquier mecanismo basado en superconductividad necesita un sistema de refrigeración, ya que a temperaturas altas los materiales superconductores pierden sus propiedades y se vuelven conductores.
El sistema de refrigeración utilizado en el tren japonés es un ciclo de gas cerrado en el que el refrigerador está directamente conectado al tanque de helio del imán y el compresor está situado en el vagón. Las partes de este sistema de refrigeración son:
- Un refrigerador de helio.
- Un compresor.
- Un tanque de reserva de helio.
- Una unidad de control.
Las condiciones que debe cumplir dicho sistema de refrigeración son:
- El helio evaporado por las pérdidas de calor y las vibraciones producidas por el movimiento tiene que ser licuado de nuevo por el compresor y el refrigerador de manera uniforme.
- Durante la carga y descarga del superconductor (operación que normalmente se realiza una vez al día), el nivel de helio líquido decrece en el tanque, por lo que debe ser almacenado este helio evaporado en un tanque en cuanto la unidad de control detecte el incremento de presión en la entrada del compresor. El gas almacenado en el tanque se licuará de nuevo en el refrigerador por la noche; así la cantidad de helio líquido será la misma a la mañana siguiente.
Esto significa que el sistema puede funcionar sin la reposición periódica de helio líquido incluso cargando y descargando diariamente el superconductor.
- Cuando ocurre alguna avería en el refrigerador o el aumento de temperatura excede temporalmente la capacidad del refrigerador, es deseable que la influencia sea pequeña y que el imán superconductor siga funcionando el mayor tiempo posible.
- Dado que el sistema de refrigeración va a ir a bordo del tren no es deseable que por causa de él aumente la magnitud de las fuerzas electromagnéticas necesarias para mover el vehículo, ni que consuman gran cantidad e energía eléctrica.
Sistema de propulsión
Para el correcto funcionamiento del sistema de propulsión el vehículo dispone de sensores de posición que por medio de un transmisor emiten señales de radio a través de un cable coaxial hasta el centro de control. Esta comunicación es bidireccional. En el centro de control, basándose en las señales recibidas desde el vehículo, se calcula la velocidad y distancia. Después se comunica al controlador (situado en la subestación y que controla los convertidores) la corriente apropiada para que el vehículo circule correctamente.
El convertidor juega el papel más importante en el funcionamiento del tren magnético, ya que se encarga de suministrar la energía a las bobinas de propulsión que se encuentran en las vías.
