Un Maglev levitante japonés alcanza los 603 km/h

El 13 de marzo pasado fue la segunda vez que el Maglev Serie L0 alcanzó 603 km/h. El día 21 de abril de 2015 consiguió por primera vez la misma velocidad con un Maglev de 7 vagones. La via experimental tiene una longitud de 1.8 kms, junto al monte Fuji (Japón), y el Maglev la recorrió en solo 11 segundos. El Maglev flota sobre la vía a 10 cms sobre el rail, sin ruedas, y solo tiene que vencer la resistencia del aire. El sistema se basa en la suspensión electrodinámica, la levitación, la repulsión entre los imanes superconductores a bordo y las bobinas magnéticas a ambos lados de la via. El Maglev usa 3 sistemas: la levitación, el guiado entre railes y la propulsión hacia adelante.

Interior del Maglev al conseguir los 603 km/h en 2016.

Los bogies del Maglev son imanes superconductores que durante la aceleración repelen a las bobinas de la vía para avanzar. Otro sistema de imanes y bobinas mantiene al Maglev centrado entre carriles.

Maglev, el transporte de levitación magnética, es el medio de transporte más seguro y rápido, una proeza de la tecnología y de la ciencia, pero el alto coste de los imanes superconductores y la elevada inversión de la infraestructuran retrasa la creación de líneas de transporte de pasajeros. El Maglev levita sobre railes, y reduce enormemente la resistencia al avance por fricción, que era el problema para alcanzar alta velocidad, como el avión. El tren supera la velocidad de los trenes bala, que recorren Europa de un extremo al otro. El Maglev del monte Fuji ha sido desarrollado por la Compañía Central de Ferrocarriles de Japón y Railway Technical Research Institute, también japonés, que ha diseñado los imanes superconductores.

El consumo del Maglev es energía eléctrica, más económica que los combustibles de aviación, y no contamina. El mantenimiento de la via levitante es caro.

Los 3 sistemas de bobinas en la vía: Levitación, centrado entre railes y Propulsión.

Nuestro sueño era lograr un material con resistencia eléctrica cero, convertirlo en cable, y con él construir las bobinas del imán superconductor en los bogies del Maglev. Lo hemos logrado: el material metálico o no, en forma de cable, forma la bobina del imán.

La superconductividad es un fenómeno en el cual la resistencia eléctrica del material es cero. El material superconductor es enfriado hasta una temperatura crítica, normalmente la del Nitrógeno líquido, a -169 °Celsius (77 ºK), y muestra una resistencia cero al paso de la corriente eléctrica. Ese cable superconductor genera un campo magnético mucho más intenso, que el material metálico normal a temperatura ambiente, un alambre de cobre, para crear un imán electromagnético.

Las aplicaciones industriales del superconductor son inmensas, pero hay que mantenerlo muy frío, a una temperatura como mínimo -196°C, el Maglev lo consigue en las bobinas de sus imanes.

El fenómeno de la superconducción fue descubierto en 1911 por el físico neerlandés Kamerlingh Onnes: enfrió mercurio, su resistencia eléctrica iba disminuyendo, y al bajar a 4.2 ºKelvin (-269 °C) su resistencia repentinamente bajó a 0º. El cero absoluto ocurre a -273 °C. Otros materiales también mostraron superconductividad, una resistencia 0, lo cual no significa una intensidad eléctrica en amperios infinita. Para lograr que un metal muestre superconductividad es necesario enfriarlo con gas helio líquido, o nitrógeno líquido, de alto coste económico. Con esfuerzos hemos descubierto los superconductores de alta temperatura, que muestran su resistencia 0, a -196 °C, la del Nitrógeno líquido, sin necesidad de seguir enfriando hasta 4.2 ºKelvin.

Si colocamos un imán sobre un superconductor, y seguimos enfriando, al llegar a -196 °C (77 ºK), el superconductor inicia la levitación, y el imán flota. Si sacamos al superconductor del baño refrigerante Helio líquido o Nitrógeno líquido, la levitación disminuye, y el imán cae, ya no flota.

Algún compuesto, como el cuprato de bismuto se vuelve superconductor a -110 ºK. Por tratarse de un fenómeno esencialmente cuántico, la densidad de electrones en estado superconductor, no se hicieron avances en la superconductividad, fallaban las herramientas matemáticas de la época 1910-1930..

La bobina superconductora, atravesada por una corriente eléctrica muy intensa, crea un campo magnético muy potente: los imanes superconductores. La intensidad de ese campo magnético puede llegar a 23.5Tesla (a unos 1000 MHz). El superconductor hay que convertirlo en cable muy delgado, de una longitud de al menos 1 km, y con él fabricar la bobina, el imán.

El superconductor tipo I expele el campo magnético y por ello también rechaza al imán, una repulsión que es más intensa que la gravedad, es decir, produce levitación, eleva el vagón de tren sobre el rail, y lo impulsa hacia adelante.

El material puede ser un metal (mercurio, plomo), o una molécula orgánica, fullerenos, nanotubos de carbono, cerámicas con el grupo YBCO o aleaciones. Con las bobinas YBCO se puede generar un campo magnético de 1 Tesla. a 50 ºK. El tamaño y peso de los superconductores de alta temperatura supera los gastos adicionales que ellos suponen. Con el tiempo sus aplicaciones aumentarán.

El superconductor con resistencia 0 puede repeler o no un campo magnético. En la industria nos interesan también los que se dejan penetrar por un campo magnético externo, (superconductores tipo II) para crear supercorrientes eléctricas, sin pérdidas de energía ni producción de calor (efecto Joule). La cantidad de corriente que atraviesa el superconductor es limitada: existe una corriente crítica a partir de la cual la bobina deja de ser superconductora, y comienza a disipar energía.

Es la base del Maglev, el tren posee un intenso campo magnético, unas 100.000 veces más intenso que el campo magnético terrestre, creado por los imanes superconductores. Estos inducen una intensa corriente eléctrica en las bobinas de la vía, un intenso campo magnético, del mismo signo al del bogie del tren, así se crea la repulsión que hace levitar al tren. Es el efecto de inducción del campo magnético. En la vía hay 2 series de bobinas para centrado y propulsión.

Recordemos que el planeta Tierra tiene un campo magnético, que oscila entre 0.25 GHz y 0.65 GHz. Ese campo geomagnético se extiende desde el núcleo interno del planeta hasta el límite, por encima de la ionosfera, donde se encuentra con el llamado viento solar, una corriente de partículas con carga eléctrica, procedentes del sol, que crean las conocidas auroras. La intensidad del campo magnético terrestre, la geodinamo, varia entre 25 y 65 microteslas. Es el campo creado por el dipolo magnético terrestre forma un ángulo de 10º con respecto al eje de rotación terrestre. Las brújulas usan ese magnetismo para navegación.

La magnetosfera es la región por encima de la ionosfera. Esa capa protege a la Tierra de los rayos cósmicos, que destruirían la capa de ozono atmosférica. Esa capa de ozono nos protege contra la radiación ultravioleta solar.

Los imanes superconductores crean un campo magnético, muy superior al campo terrestre, basado en una corriente eléctrica muy intensa que recorre las bobinas del imán

Los imanes superconductores del Maglev crean un campo magnético, polarizado como el terrestre, pero con una intensidad enorme, 1oo.ooo veces más potente, para conseguir que el Maglev flote sobre los railes, a una altura no mayor de 10 cms, suficiente. Los imanes de guiado orientan el movimiento del tren a base de atracción y repulsión magnética, e impiden que descarrile.

El Maglev al iniciar su viaje, a baja velocidad, utiliza sus ruedas de caucho sobre la via hasta alcanzar la velocidad de levitación,150km/h, que lo levanta sobre las vías, y las ruedas de goma quedan también levantadas e inútiles. Al final del viaje el Maglev disminuye su velocidad y las ruedas de goma se apoyan de nuevo en la via.

Durante la marcha del tren los imanes superconductores del bogie avanzan situados un poco por debajo de las bobinas de la via. Las bobinas de la via sirven para centrar al tren sobre los railes. Para la propulsión el Maglev usa un motor lineal sincrónico, los imanes superconductores, que inducen una intensa corriente eléctrica de repulsión en las bobinas de la via.

Los Ferrocarriles de Japón desde 1962 estudian el motor lineal de propulsión, con el fin de crear la via Tokyo-Osaka, con duración de una hora. Cuando los americanos de Brookhaven Laboratory patentaron la levitación magnética con imanes superconductores en 1969, Ferrocariles de Japón iniciaron el diseño de imán superconductor para el Maglev, el cual funcionó experimentalmente en 1972. A continuación cambiaron el diseño de las bobinas de la via, y probaron el funcionamiento del efecto de suelo del tren, con aletas en los vagones.

En 2009 el Ministro japonés de Transportes decidió que el Maglev iniciara su operación comercial entre Tokyo y Nagoya, 280 kms, e inició la construcción de la via entre ambas ciudades, un largo trabajo que durará hasta 2027. El viaje durará unos 40 minutos a 500 kms/h.

A partir de 2010 Ferrocarriles de Japón ha iniciado la venta del Maglev en mercados internacionales: el corredor noreste de EE UU. En Europa el Maglev Serie L0 probablemente substituirá al tren Transrapid. A partir de 2013 en Japón funciona la serie experimental L0 Maglev Shinkansen, refrigerado con helio líquido, para mantener la temperatura de trabajo en el imán.

China tiene su Maglev en la línea de Shangai con una velocidad operativa de 430 kms/h. Pero carecemos de información técnica y económica.

Ni EE UU tiene Maglev, el hecho indica que los costes de mantenimiento son muy elevados, la construcción de la via para esas velocidades es difícil, y la economía del Sistema se muestra dudosa. La situación actual cambiará seguramente. Las líneas aéreas a larga distancia entre continentes no quedan afectadas por el Maglev. En España el coste de la via para el AVE nos resulta elevado, y el coste de via Maglev supone duplicar gastos. No tenemos programa.