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MAGLEV, trenes de levitación magnética

enero 31, 2010

En países como China y Japón existen trenes para la explotacíon comercial basados en la tecnología de levitación magnética pero, ¿ cómo funcionan realmente estos trenes de levitación magnética o Maglev?

Levitación Magnética, es el nombre con que se designa la suspensión en el aire de un cuerpo mediante una fuerza magnética que contrarresta el peso de éste. Estas pueden ser las fuerzas de atracción o repulsión entre dos polos magnéticos (si se acercan dos polos iguales se repelen y si son opuestos se atraen).

Por otra parte, también es posible producir fuerzas magnéticas debido a la tendencia a expulsar un campo magnético externo que intenta penetrar en el interior de un superconductor, efecto conocido como “efecto meissner”. En otras palabras, si acercamos un imán a un superconductor, el superconductor genera una corriente en su interior que produce un campo magnético opuesto al producido por el imán, de forma tal que en el interior del superconductor el campo magnético total sea nulo. Esto se conoce como diamagnetismo perfecto. Si el campo magnético generado por el superconductor es suficientemente intenso, el imán podrá levitar.

Ahora bien, ¿cómo se emplean estas fuerzas para que un tren levite y se mueva?. La respuesta depende del diseño del tren, pues hay dos alternativas de diseño. Uno de ellos se ha desarrollado en el marco del proyecto alemán Transrapid, el cual utiliza un sistema conocido como EMS (suspensión electromagnética).

El otro diseño, desarrollado por los japoneses y denominado MagLev, utiliza un sistema llamado EDS (suspensión electrodinámica). Sin embargo, actualmente se denominan MagLev a cualquier tren que funcione con levitación magnética en general, sin importar el diseño específico.

Ambos sistemas utilizan electroimanes, los cuales son dispositivos formados por un núcleo de hierro dulce al cual se le ha enrollado alrededor un hilo conductor en forma de bobina, tal que al suministrarle corriente a la bobina todo el dispositivo se comporta como un imán. En el sistema EMS tanto en el tren como en los rieles se ubican electroimanes convencionales, de tal forma que un electroimán A del riel atrae a un electroimán B del tren (mueve el tren), mientras que un electroimán B del riel repele al electroimán B del tren (empuja el tren). A medida que se mueve el tren los electroimanes cambian su polaridad haciendo que el juego con que algunos imanes se atraen mientras otros se repelen sea lo más eficiente para hacer que el tren pueda levitar y a la vez moverse. En este diseño el tren levita a 1 cm. del riel, no necesita ruedas para comenzar su movimiento o detenerse, pero es inestable. Dada la gran cercanía entre el tren y los rieles, si por alguna vibración disminuye la distancia de separación entre el riel y el tren, la atracción crece, haciendo posible, si no se regula esto muy rápidamente, que el tren toque la vía. Es por esto que la construcción de los rieles debe ser muy precisa. Para minimizar efectos de inestabilidades laterales se utiliza una guía lateral que contiene electroimanes que permiten que el tren se centre en la vía.

La principal ventaja de un MagLev frente a un tren convencional es que su única resistencia es el aire. Por otra parte, el motor se encuentra en la vía y no en el tren, haciendo que este sea más liviano y permitiendo que el MagLev pueda alcanzar velocidades mayores. Otra de sus ventajas es que es que al comparar un tren rápido con un MagLev a una misma velocidad, el MagLev genera una contaminación acústica mucho menor pues no existe el roce entre la rueda del tren y el riel (con excepción del tramo donde un MagLev que utiliza el sistema EDS requiere usar sus ruedas). Otro aspecto importante es que el consumo de energía es mucho menor que en un tren convencional. También al poseer guías laterales el descarrilamiento es muy poco probable.

Los inconvenientes que presenta un MagLev son fundamentalmente su alto precio de construcción. Debe tenerse en cuenta que no hay compatibilidad con las vías actuales de trenes, por lo que se requiere construir nuevos rieles. Asimismo, debido a que el tren debe levitar, es poco recomendado para el transporte de carga pesada. Sin embargo, y en relación a este último punto, en China se está trabajando en la construcción de un MagLev colgante.

Para que quede todo un poco más claro, os dejo un vídeo creado por WOWLab, un proyecto educativo que se dedica a crear experimentos para una divulgación más sencilla e intuitiva de la ciencia. Han creado una maqueta – ¿será la primera maqueta de trenes maglev? – donde además de verse el efecto de la levitación magnética explican cual es el principio de funcionamiento.

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