Levitación Magnética: Ventajas Y Desventajas

Introducción

Se basa en la levitación mediante electromagnetismo, que resulta en la posibilidad de viajar a grandes velocidades superando las de la alta velocidad. El tren de levitación magnética tuvo su primera gran aparición en Alemania (Transrapid). Propuesto por Hermann Kemper en los años 30, suponía un adelanto que no solo implicaba más velocidad sino también un medio más respetuoso con el medio ambiente, y sin dejar de ser altamente rentable. Se puede clasificar los trenes MAGLEV dependiendo de la tecnología que usen para conseguir dicha levitación.

Desarrollo

Dos tipos principales:

EMS (electro-magnetic suspension)

Los electroimanes del tren controlan la atracción hacia las vías normalmente conductoras magnéticas (acero). Para este tipo, la suspensión electromagnética, que está localizada debajo de la vía, se le provee de energía eléctrica para que genere un campo electromagnético de atracción entre el electroimán y el rail quedando el vehículo suspendido. 

La distancia de suspensión es 8 a 10 mm. Los últimos trenes EMS están representados por el alemán TR08 y el japón HSST100L. La levitación del TR08 se logra por el poder atractivo entre la suspensión electromagnética instalada en el vehículo y un largo estator situado en la vía. La posición se fija por la atracción entre el imán de guía y los raíles laterales. El movimiento se produce con un motor linear con un largo estator síncrono cargado.

A diferencia de los TR08, el HSST100l, está suspendido y guiado por el mismo conjunto de electroimanes y la tracción la produce un motor lineal de inducción que es montando en el tren primero y luego en él rail.  El campo magnético interactúa con la corriente inducida produciendo una fuerza vertical que eleva los coches del tren a una altura de 10 a 15 centímetros.

Usa electroimanes superconductores o fuertes imanes conductores, que crean un campo magnético induciendo corriente en los conductores metálicos cercanos, impulsando al tren. Los trenes EDS están suspendidos solamente cuando llegan a una determinada velocidad. Cuando estén llegando a dicha velocidad, el campo magnético en movimiento, a bordo del tren, excitará una corriente inducida en las bobinas, actuando como suspensión (usando superconductores siempre a baja temperatura o usando imanes permanentes) situados en la “vía”.

Tecnologías experimentales

MDS (magneto dynamic suspension)

Que usa la atracción magnética de imanes sobre un carril de acero para elevar el tren y mantenerlo en posición Existen diversas investigaciones sobre superconductores e imanes permanentes repulsares, que pueden desencadenar en un avance futuro. Comparando EDS con un tren EMS, el sistema EDS no puede sustentarse cuando está parado o con velocidad menor de 150 km/h, no obstante, la separación que se genera en este sistema es mayor, por lo que hay más control.

La principal ventaja del EDS es que es estable, si ocurre un ligero incremento de la distancia de separación, se reduce la fuerza repulsiva por lo que el vehículo vuelve a su posición correcta. Además, las fuerzas de atracción varían de la forma opuesta, pero ajustando el tren a su posición cuando se producen desviaciones, sin necesidad de control externo.

A bajas velocidades, como hemos explicado antes, la corriente magnética no es capaz de soportar el peso del tren. Por esta razón el tren debe tener ruedas o alguno otro elemento de apoyo que soporte el tren hasta alcanzar la velocidad determinada y pueda sustentarse por levitación. Teniendo en cuenta que puede ser necesario que el tren pare en cualquier localización, debe existir un rail que soporte bajas y altas velocidades.

Otra desventaja de esta tecnología es que produce de forma natural un campo en la vía en el inicio y el final de los imanes que actúa como una fuerza de arrastre. No obstante, la tecnología EMS nos exige comprobar de forma constante que se mantenga la separación, estas pequeñas desviaciones y correcciones pueden llegar a producir serias vibraciones.

Una diferencia más es el uso del tren japones MLX un superconductor de baja temperatura para producir el campo magnético. Para velocidad operacional, el Transrapid tiene una velocidad máxima de 400-500 km/h, el MLX 500-550 km/h, los HSST velocidades bajas de 100 km/h destinando su uso a entornos urbanos. A largo de la historia de esta tecnología se han utilizado diferentes modelos, los más usados o con éxito comercial se describirán brevemente a continuación por de antiguo a más moderno:

Para su propulsión usa un motor lineal síncrono de estator largo, que funciona como un motor eléctrico rotatorio alternando el corriente generado un campo magnético. La velocidad se regula con la frecuencia de alternancia de la corriente. La potencia eléctrica se da con baterías dentro del tren que se recargan por generadores instalados en los imanes de soporte, a bajas velocidad al no ser suficiente se transmite por vía inducción.

La estructura suele construirse elevada como vemos en la imagen a continuación: 

• Actualmente tras los más de 10 años de uso, la pregunta es si llegara a ser más rentable y con mejor rendimiento que el tren convencional, con los diferentes avances en baterías y una mayor estandarización de las piezas se propone solucionar los siguientes problemas:
• Incrementar la carga para responder a las horas punta
• Disminuir el ruido interior
• Incrementar el espacio de las puertas para mejorar las necesidades de una conexión con aeropuerto

Ventajas

• Escaso mantenimiento, dado que apenas existen contacto entre las vías y el tren.
• No se ve afectado por las condiciones meteorológicas.
• Velocidades superiores
• Se distribuye mejor las cargas y son más ligeros por lo que no hay que tener en cuenta la concentración de carga en las ruedas.
• Los sistemas de control son automatizados y con multitud de sensores que aumentan la seguridad y rebajan el posible fallo humano.
• El tren Maglev puede subir pendientes con mayores grados.

Desventajas

• La necesidad de construir toda la infraestructura y no poder usar la de las redes de ferrocarril anteriores eleva el precio. Podemos encontramos trenes de alta velocidad que puedan circular por vías de menor velocidad o incluso distinto ancho.
• Manteniendo, como hemos dicho antes requiere menos, pero los electroimanes o superconductores requieren un control dado que solo pueden funcionar a cierta temperatura.
• La necesidad de grandes radios de giro dificulta su implementación en ciudades.
• Extremadamente caro, al no estar estandarizado y en proceso de investigación muchas de estas tecnologías cuestan trillones de yenes desarrollar la infraestructura y el tren.
• A velocidades bajas, consume más energía que un tren convencional.

Conclusión

Para velocidades bajas, el HSST ha alcanzado éxito comercial tanto en Corea como en Japón, además en China se está gestando la aplicación de estas líneas en muchas de sus ciudades. El futuro se enfoca en la investigación del control de suspensión para reducir la probabilidad de fallo y también será clave la reducción de los costes evitando las vibraciones autoproducidas por la monitorización del espacio de suspensión. 

Por lo tanto, puede ser una muy interesante aplicación para trayectos urbanos dado sus cero emisiones de gases, ruido y rapidez. Aunque si cabe destacar que es necesario mayor investigación dado que los motores LIM solo pueden llegar a una eficiencia tracción del 70% a los 110 km/h reduciéndose cuando se incrementa la velocidad.

Para las altas velocidades, nos encontramos ante grandes ventajas, pero todavía no podemos determinar como funcionara en un futuro dado que solo existe la línea de Shanghái activa. Desde la implementación de dicho tren se han hecho avances significativos, que aumentan la eficiencia hasta el 90% eficiencia de tracción (tracción síncrona de estator largo). Por lo que queda reflejado que se necesita mucha más investigación que resulte en innovaciones tecnológicas que aumenten la eficiencia, así como el abaratamiento de los precios en la construcción de la infraestructura.

Bibliografía

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