lunes, 26 de diciembre de 2016

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Trenes que vuelan y superconductores, por Mª José Expósito Varo

¿Puede un tren viajar a alta velocidad sin pisar los raíles, es decir, flotando sobre ellos? La respuesta es afirmativa: el tren Maglev o transporte de levitación magnética capaz de alcanzar los 600 Km/h, duplicando la velocidad máxima de un AVE, además, es muy silencioso.
Los japoneses fueron los pioneros en el desarrollo de los trenes “voladores”. Todo empezó en 1950 cuando se plantearon construir una nueva vía ferroviaria entre Tokio y Osaka, las dos ciudades principales del país; querían mejorar la línea existente en aquel tiempo y solucionar los problemas de aglomeración. Actualmente, sólo Japón y China tienen los trenes Maglev comerciales y pueden llegar a una velocidad máxima de 431 km/h. Los japoneses siguen mejorando este tipo de transporte y han batido el récord de velocidad en sus últimos ensayos, llegando a alcanzar los 600 km/h en 2015. Esperan hacerlo operativo en 2027 y cubrirá la ruta actual de Tokio a Nagoya (286 km), que el tren bala hace actualmente en 100 minutos, tardando apenas 40 minutos.
¿Cómo funcionan estos trenes para alcanzar tan altas velocidades? La respuesta, en  gran parte, se debe a su levitación magnética. El Maglev levita a 10 cm sobre su base, por lo tanto, sus  vías han sido sustituidas por una especie de carril  que contiene unos electroimanes que lo conducen, lo propulsan y lo sostienen por el aire. La única fricción que existe es la del aire, que es mínima por su forma aerodinámica. Si existiera rozamiento en el carril no sería posible alcanzar sus altas velocidades.
Pero, ¿qué es la levitación magnética? Empezaré primero explicando qué es un campo magnético. Hay ciertos materiales como los imanes, bobinas o cables (por los que circula corriente) que  generan una fuerza invisible en el espacio capaz de atraer a algunos metales, como el hierro. A esta propiedad originada en el espacio por estos materiales se le llama campo magnético. Estas fuerzas invisibles no solo son de atracción, también las hay de repulsión, como podemos observar en los imanes cuando los acercamos por el mismo polo.
La levitación magnética es un fenómeno por el cual un material puede “flotar” gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes, como ocurre en un levitrón. La peonza levitará cuando la fuerza de repulsión entre los dos imanes se iguale con la del peso de la peonza, llegando así al equilibrio. Si hubiera un desequilibrio en las fuerzas, la peonza saldría despedida porque la fuerza de repulsión magnética superaría a la del peso; o bien, se daría la vuelta y se pegaría a la base porque ganarían la fuerzas atractivas.
También se produce levitación magnética pon el efecto Meissner, que es una propiedad intríseca de unos materiales llamados superconductores, y esta es la levitación que tiene lugar en el Maglev porque los materiales empleados en su fabricación son superconductores. ¿Qué propiedades tienen los materiales superconductores para que sean  utilizados en el Maglev? ¿Qué es el efecto Meissner?
Se denominan materiales superconductores a aquellos materiales que no ofrecen resistencia al paso de la corriente eléctrica cuando se encuentran por debajo de una temperatura determinada (temperatura crítica, Tc), por lo que son capaces de transportar corriente sin pérdida de energía.
Y en estas condiciones de temperatura, también se da el efecto Meissner. El efecto Meissner consiste en que cuando un superconductor se enfría por debajo de su temperatura crítica, si se le aplica un campo magnético externo, B (creado por un imán), en el interior  del superconductor el campo magnético se anula.
El superconductor genera corrientes superficiales que crean un campo magnético igual y opuesto al externo, causando una expulsión del campo magnético. Dicho de otro modo, cuando se acerca un imán a un superconductor, el superconductor se convierte en un imán de polaridad contraria, de manera, que “sujeta” al otro imán sobre él. Pero, al contrario que un imán normal (que haría que el otro imán se diera la vuelta y se quedase pegado a él), un superconductor cambia el campo magnético cuando el exterior lo hace, compensándolo, de modo que es capaz de mantener el otro imán fijo en el aire. Se genera una fuerza magnética de repulsión la cual es capaz de contrarrestar el peso del imán produciendo así la levitación del mismo. El tren bala funciona por este efecto y es propulsado por un motor eléctrico.
El inconveniente más importante de los materiales superconductores son las bajas temperaturas a las que presentan la propiedad de superconductividad. Si el campo magnético es suficientemente fuerte o la temperatura es alta se destruye la superconductividad y la levitación no sucede. La temperatura crítica de un superconductor ronda los -269 oC, por lo que llegar a esa temperatura y mantenerla constante requiere una tecnología muy avanzada y una gran inversión económica.
Por lo tanto, el principal problema del transporte de levitación magnética es el alto coste de su infraestructura y mantenimiento. Ésta es la razón por la que los Maglev no se han extendido rápidamente, aunque será cuestión de tiempo, la ciencia no para de investigar y la tecnología avanza a pasos agigantados. En un futuro próximo puede que se descubran superconductores que operen a temperatura ambiente, y quién sabe si de aquí a unas décadas podemos cruzar nuestro país de extremo a extremo en apenas una hora.