Levitación Magnética

¿Sabia Ud. que un tren que viaja en el aire podría unir la ciudad de Buenos Aires y San Antonio de Areco en menos de 25 minutos? Este tren funciona por Levitación Magnética, que 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 y no es posible utilizar este diseño en países sísmicos. Para minimizar efectos de inestabilidades laterales se utiliza una guía lateral que contiene electroimanes que permiten que el tren se centre en la vía.

En cambio, al usar el sistema EDS el tren levita entre 10 a 15 cm. sobre el riel, siendo este diseño mucho más estable que el sistema EMS. En este diseño se utilizan bobinas superconductoras en el tren y electroimanes en los rieles. El electroimán del riel produce un campo magnético que atraviesa la bobina superconductora que está en el tren. Esta bobina, según cómo varía su flujo magnético, crea una corriente inducida que produce a su vez un campo que se opone al campo del electroimán. Si este campo es suficientemente intenso, se produce la levitación. Mientras mayor es la variación de flujo magnético en la bobina, mayor es el campo. La variación del flujo magnético depende de la velocidad del tren; si el tren está detenido no hay variación de flujo magnético (suponiendo que el campo magnético del electroimán es constante) por lo que el tren no levita. Es por esto que este tipo de tren necesita ruedas que le permitan alcanzar una cierta velocidad a partir de la cual pueda comenzar a levitar. Este diseño es más caro que el sistema EMS, principalmente debido al sistema de refrigeración y mantención de los superconductores. Sin embrago tiene mayor estabilidad, tanto lateral como vertical, que el sistema EMS. Los trenes que utilizan estas bobinas superconductoras son mucho más rápidos que los que utilizan el sistema EMS.


Esquema de sistemas EMS y EDS

La principal ventaje 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 de entre 400 y 581 km/hr, dependiendo del diseño. 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. Debemos señalar 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.

Actualmente China es el único país en el mundo que tiene un tren de levitación magnética para uso público, el cual une Shanghai con el aeropuerto de Pudong. El trayecto, de aproximadamente 32 kilometros, se realiza en 8 minutos (en taxi toma con suerte entre 45 a 60 minutos). Su costo fue de más de 1.300 millones de dólares.