Els trens maglev són el transport del futur? Com funciona un tren maglev?

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Ja han passat més de dos-cents anys des del moment en què la humanitat va inventar les primeres locomotores de vapor. Tanmateix, el transport terrestre per ferrocarril que transporta passatgers i càrregues pesades utilitzant la potència de l'electricitat i el gasoil encara és molt comú.

Val la pena dir que durant tots aquests anys, enginyers i inventors han estat treballant activament per crear maneres alternatives de moure's. El resultat del seu treball van ser trens sobre coixins magnètics.

Història de l'aparició

La idea mateixa de crear trens sobre coixins magnètics es va desenvolupar activament a principis del segle XX. No obstant això, en aquell moment no va ser possible realitzar aquest projecte per diversos motius. La fabricació d'aquest tren va començar només l'any 1969. Va ser llavors quan es va col·locar una pista magnètica al territori de la República Federal d'Alemanya, per on havia de passar un nou vehicle, que més tard es va anomenar tren maglev. Va ser llançat l'any 1971. El primer tren maglev, que es deia Transrapid-02, va passar per la via magnètica.

Un fet interessant és que els enginyers alemanys van crear un vehicle alternatiu a partir dels registres deixats pel científic Hermann Kemper, que va rebre una patent que confirmava la invenció de l'avió magnètic l'any 1934.

"Transrapid-02" difícilment es pot anomenar molt ràpid. Podia moure's a una velocitat màxima de 90 quilòmetres per hora. La seva capacitat també era baixa: només quatre persones.

El 1979, es va crear un model maglev més avançat. Aquest tren, anomenat "Transrapid-05", ja podia transportar seixanta-vuit passatgers. Es va moure per la línia situada a la ciutat d'Hamburg, la longitud de la qual era de 908 metres. La velocitat màxima que va desenvolupar aquest tren va ser de setanta-cinc quilòmetres per hora.

El mateix 1979, es va llançar un altre model de maglev al Japó. Es deia "ML-500". El tren japonès sobre un coixí magnètic va desenvolupar una velocitat de fins a cinc-cents disset quilòmetres per hora.

Competitivitat

La velocitat que poden desenvolupar els trens de coixí magnètic es pot comparar amb la velocitat dels avions. En aquest sentit, aquest tipus de transport pot esdevenir un seriós competidor d'aquelles rutes aèries que operen a una distància de fins a mil quilòmetres. L'ús generalitzat dels maglevs es veu obstaculitzat pel fet que no es poden moure per les superfícies tradicionals del ferrocarril. Els trens amb coixins magnètics han de construir carreteres especials. I això requereix una gran inversió de capital. També es creu que el camp magnètic creat per als maglevs pot afectar negativamentel cos humà, que afectarà negativament la salut del conductor i dels residents de les regions properes a aquesta ruta.

Principi de funcionament

Els trens de coixí magnètic són un tipus de transport especial. Durant el moviment, el maglev sembla flotar per sobre de les vies del ferrocarril sense tocar-lo. Això es deu al fet que el vehicle està controlat per la força d'un camp magnètic creat artificialment. Durant el moviment del maglev, no hi ha fricció. La força de frenada és l'arrossegament aerodinàmic.

Com funciona? Cadascun de nos altres coneix les propietats bàsiques dels imants de les lliçons de física de sisè grau. Si s'ajunten dos imants amb els seus pols nord, es repel·liran mútuament. Es crea un anomenat coixí magnètic. Quan es connecten diferents pols, els imants s'atreuen els uns als altres. Aquest principi bastant senzill subjau al moviment del tren maglev, que literalment llisca per l'aire a una distància insignificant dels rails.

En l'actualitat, ja s'han desenvolupat dues tecnologies, amb l'ajuda de les quals s'activa un coixí o suspensió magnètica. El tercer és experimental i només existeix en paper.

Suspensió electromagnètica

Aquesta tecnologia s'anomena EMS. Es basa en la força del camp electromagnètic, que canvia amb el temps. Provoca la levitació (elevació de l'aire) del maglev. Per al moviment del tren en aquest cas, es requereixen rails en forma de T, que estan fetsconductor (generalment fet de metall). D'aquesta manera, el funcionament del sistema és similar al d'un ferrocarril convencional. Tanmateix, al tren, en comptes dels parells de rodes, s'instal·len imants de suport i guia. Es col·loquen paral·lels als estators ferromagnètics situats al llarg de la vora de la xarxa en forma de T.

El principal desavantatge de la tecnologia EMS és la necessitat de controlar la distància entre l'estator i els imants. I això malgrat que depèn de molts factors, inclosa la naturalesa inestable de la interacció electromagnètica. Per evitar una parada sobtada del tren, s'hi instal·len bateries especials. Són capaços de recarregar els generadors lineals integrats als imants de suport, i així mantenir el procés de levitació durant molt de temps.

Els trens basats en EMS estan frenats per un motor lineal síncron de baixa acceleració. Està representat per imants de suport, així com per la calçada, sobre la qual flota el maglev. La velocitat i l'empenta de la composició es poden controlar canviant la freqüència i la força del corrent altern generat. Per reduir la velocitat, només cal que canvieu la direcció de les ones magnètiques.

Suspensió electrodinàmica

Hi ha una tecnologia en què el moviment del maglev es produeix quan dos camps interactuen. Un d'ells es crea al llenç de l'autopista, i el segon es crea a bord del tren. Aquesta tecnologia s'anomena EDS. Sobre la base, es va construir un tren maglev japonès JR–Maglev.

Aquest sistema té algunes diferències amb EMS, onimants normals, als quals es subministra corrent elèctric des de les bobines només quan s'aplica energia.

La tecnologia EDS implica un subministrament constant d'electricitat. Això passa fins i tot si la font d'alimentació està apagada. La refrigeració criogènica s'instal·la a les bobines d'aquest sistema, la qual cosa estalvia quantitats importants d'electricitat.

Avantatges i desavantatges de la tecnologia EDS

La part positiva d'un sistema que funciona amb una suspensió electrodinàmica és la seva estabilitat. Fins i tot una lleugera reducció o augment de la distància entre els imants i la tela està regulada per les forces de repulsió i atracció. Això permet que el sistema estigui en un estat in alterat. Amb aquesta tecnologia, no cal instal·lar electrònica de control. No cal que els dispositius ajustin la distància entre la xarxa i els imants.

La tecnologia EDS té alguns inconvenients. Així, la força suficient per levitar la composició només pot sorgir a gran velocitat. És per això que els maglev estan equipats amb rodes. Proporcionen el seu moviment a velocitats de fins a cent quilòmetres per hora. Un altre desavantatge d'aquesta tecnologia és la força de fricció generada a la part posterior i davantera dels imants repulsius a baixa velocitat.

A causa del fort camp magnètic en el tram destinat a viatgers, cal instal·lar una protecció especial. En cas contrari, una persona amb marcapassos no pot viatjar. També cal protecció per als suports d'emmagatzematge magnètic (targetes de crèdit i disc dur).

Desenvolupattecnologia

El tercer sistema, que actualment només existeix en paper, és l'ús d'imants permanents en la variant EDS, que no requereixen energia per activar-se. Fins fa poc, es creia que això era impossible. Els investigadors creien que els imants permanents no tenien una força que pogués fer levitar el tren. No obstant això, aquest problema es va evitar. Per solucionar-ho, els imants es van col·locar a la matriu Halbach. Aquesta disposició condueix a la creació d'un camp magnètic no sota la matriu, sinó a sobre. Això ajuda a mantenir la levitació del tren fins i tot a una velocitat d'uns cinc quilòmetres per hora.

Aquest projecte encara no ha rebut una implementació pràctica. Això es deu a l' alt cost de les matrius fetes d'imants permanents.

Dignitat dels maglevs

El costat més atractiu dels trens maglev és la perspectiva d'aconseguir altes velocitats que permetran als maglev competir fins i tot amb avions a reacció en el futur. Aquest tipus de transport és força econòmic pel que fa al consum elèctric. Els costos per al seu funcionament també són baixos. Això es fa possible a causa de l'absència de fricció. El baix soroll dels maglev també és agradable, cosa que tindrà un impacte positiu en la situació ambiental.

Defectes

L'inconvenient dels maglevs és que es necessita massa per fer-los. Les despeses de manteniment de les vies també són elevades. A més, el mode de transport considerat requereix un sistema complex de vies i ultra-precísdispositius que controlen la distància entre el llenç i els imants.

Implementació del projecte a Berlín

A la capital d'Alemanya als anys 80, va tenir lloc l'obertura del primer sistema de maglev anomenat M-Bahn. La longitud del llenç era d'1,6 km. Un tren maglev circulava entre tres estacions de metro els caps de setmana. El viatge per als passatgers era gratuït. Després de la caiguda del mur de Berlín, la població de la ciutat gairebé es va duplicar. Va requerir la creació de xarxes de transport amb la capacitat de proporcionar un gran trànsit de passatgers. És per això que l'any 1991 es va desmuntar el llenç magnètic i es va iniciar la construcció del metro al seu lloc.

Birmingham

En aquesta ciutat alemanya, un maglev de baixa velocitat es va connectar entre 1984 i 1995. aeroport i estació de ferrocarril. La longitud del camí magnètic era de només 600 m.

La carretera va funcionar durant deu anys i va estar tancada a causa de nombroses queixes dels viatgers sobre les molèsties existents. Posteriorment, el monorail va substituir el maglev en aquesta secció.

Xangai

La primera carretera magnètica de Berlín va ser construïda per l'empresa alemanya Transrapid. El fracàs del projecte no va dissuadir els promotors. Van continuar la seva recerca i van rebre una ordre del govern xinès, que va decidir construir una pista maglev al país. Aquesta ruta d' alta velocitat (fins a 450 km/h) connectava Xangai i l'aeroport de Pudong. La carretera de 30 km de llarg es va inaugurar l'any 2002. Els plans futurs inclouen la seva ampliació a 175 km.

Japó

Aquest país va acollir una exposició el 2005Expo-2005. Amb la seva obertura, es va posar en funcionament una pista magnètica de 9 km de llargada. Hi ha nou estacions a la línia. Maglev dóna servei a la zona adjacent al recinte de l'exposició.

Els Maglev es consideren el transport del futur. Ja l'any 2025 està previst obrir una nova autopista en un país com el Japó. El tren maglev transportarà passatgers des de Tòquio fins a un dels districtes de la part central de l'illa. La seva velocitat serà de 500 km/h. Es necessitaran uns quaranta-cinc mil milions de dòlars per implementar el projecte.

Rússia

La creació d'un tren d' alta velocitat també està prevista pels ferrocarrils russos. El 2030, el maglev a Rússia connectarà Moscou i Vladivostok. Els passatgers superaran el camí de 9300 km en 20 hores. La velocitat del tren maglev arribarà fins a cinc-cents quilòmetres per hora.