Transrápido

Transrapid es un tren monorraíl de alta velocidad desarrollado en Alemania que utiliza levitación magnética . La planificación del sistema Transrapid comenzó en 1969 con una instalación de prueba para el sistema en Emsland, Alemania, completada en 1987. En 1991, la preparación técnica para la aplicación fue aprobada por la Deutsche Bundesbahn en cooperación con universidades de renombre. ^[1]

Transrapid 09 en las instalaciones de prueba de Emsland en Alemania.

Transrapid SMT en Shanghai (Delantero)

Transrapid SMT en Shanghái (lateral)

Transrapid SMT en Shanghái

Transrapid 05 en ThyssenKrupp

Transrapid 06 en Deutsches Museum Bonn

Transrapid 06

Transrapid 07 en exhibición en el aeropuerto de Munich

La última versión, la Transrapid 09, está diseñada para una velocidad de crucero de 500 km / h (311 mph) y permite una aceleración y desaceleración de aproximadamente 1 m / s ² (2,24 mph / s).

En 2002, se completó la primera implementación comercial: el Tren Maglev de Shanghai , que conecta la red de tránsito rápido de la ciudad de Shanghai a 30,5 km (18,95 millas) con el Aeropuerto Internacional de Shanghai Pudong . El sistema Transrapid aún no se ha implementado en una línea interurbana de larga distancia.

El sistema es desarrollado y comercializado por Transrapid International, una empresa conjunta de Siemens y ThyssenKrupp .

En 2011, la pista de pruebas de Emsland cerró cuando expiró su licencia de funcionamiento. A principios de 2012, se aprobó la demolición y reconversión de todo el sitio de Emsland, incluida la fábrica. ^[2] En septiembre de 2017, había planes para utilizar el último Transrapid 09 como espacio para conferencias y museo en los terrenos de Fleischwarenfabrik Kemper. ^[3]

Tecnología

Levitación

El sistema de levitación magnética Transrapid de supervelocidad no tiene ruedas, ejes, transmisiones de engranajes, rieles de acero ni pantógrafos eléctricos aéreos . Los vehículos de levitación magnética no ruedan sobre ruedas; más bien, flotan sobre la vía-guía, usando la fuerza magnética atractiva entre dos conjuntos lineales de bobinas electromagnéticas, un lado de la bobina en el vehículo, el otro lado en la vía-guía, que funcionan juntos como un dipolo magnético. Durante la operación de levitación y desplazamiento, el vehículo de levitación magnética Transrapid flota sobre un cojín magnético sin fricción sin contacto mecánico alguno con la vía guía. Los sistemas electrónicos de a bordo del vehículo miden la distancia de separación del dipolo 100.000 veces por segundo para garantizar el espacio libre entre las bobinas unidas a la parte inferior de la vía guía y la parte magnética del vehículo envuelta alrededor de los bordes de la vía guía. Con este control electrónico preciso y constantemente actualizado, la brecha del dipolo permanece nominalmente constante a 10 milímetros (0,39 pulgadas). Cuando levita, el vehículo de levitación magnética tiene unos 15 centímetros (5,9 pulgadas) de espacio libre sobre la superficie de la vía.

El vehículo de levitación magnética Transrapid requiere menos energía para flotar de la que necesita para hacer funcionar su equipo de aire acondicionado a bordo.

En las versiones TR08 y anteriores del vehículo Transrapid, cuando se viajaba a velocidades inferiores a 80 kilómetros por hora (50 mph), el sistema de levitación del vehículo y toda la electrónica del vehículo a bordo se alimentaban con energía a través de conexiones físicas a la vía guía. A velocidades del vehículo por encima de 80 kilómetros por hora (50 mph), toda la energía a bordo fue suministrada por la oscilación armónica recuperada de los campos magnéticos creados por el estator lineal de la pista. (Dado que estas oscilaciones son parásitas, no se pueden utilizar para la propulsión de vehículos). Desde entonces, se ha desarrollado un nuevo sistema de transmisión de energía, versión TR09, para Transrapid, en el que los vehículos de levitación magnética ahora no requieren contacto físico con la vía guía para sus necesidades de energía a bordo, independientemente de la velocidad del vehículo de levitación magnética. Esta característica ayuda a reducir los costos operativos y de mantenimiento continuo.

En caso de falla de energía del sistema de propulsión de la pista, el vehículo maglev puede usar baterías de respaldo a bordo para alimentar temporalmente el sistema de levitación del vehículo.

Propulsión

El sistema de levitación magnética Transrapid utiliza un motor lineal síncrono de estator largo tanto para la propulsión como para el frenado. Funciona como un motor eléctrico giratorio cuyo estator se "desenrolla" a lo largo de la parte inferior de la guía; en lugar de producir torque (rotación), produce una fuerza lineal a lo largo de su longitud. Los electroimanes en el vehículo maglev que lo elevan también funcionan como el equivalente de la parte de excitación ( rotor ) de este motor eléctrico lineal. Dado que el campo magnético de viaje funciona en una sola dirección, si hubiera varios trenes de levitación magnética en una sección determinada de la vía, todos viajarían en la misma dirección, reduciendo así la posibilidad de colisión entre trenes en movimiento.

Requerimientos energéticos

El consumo de energía normal del Transrapid es de aproximadamente 50 a 100 kilovatios (67 a 134 hp) por sección para levitación y desplazamiento, y control del vehículo. El coeficiente de arrastre del Transrapid es de aproximadamente 0,26. La resistencia aerodinámica del vehículo, que tiene una sección transversal frontal de 16 m ² (172 pies cuadrados), requiere un consumo de energía, a una velocidad de crucero de 400 km / h (249 mph) o 111 m / s (364 pies / s). , dado por la siguiente fórmula: ^{[ cita requerida ]}

${\displaystyle P=c_{w}\cdot A_{\rm {Front}}\cdot v^{3}\cdot ({\mbox{density of surrounding air}})/2}$

${\displaystyle {\begin{matrix}P&=&0{.}26\cdot 16\,\mathrm {m} ^{2}\cdot (111\,\mathrm {m} /\mathrm {s} )^{3}\cdot 1{.}24\,\mathrm {kg} /\mathrm {m} ^{3}/2\\P&=&3{.}53\cdot 10^{6}\,\mathrm {kg} \cdot \mathrm {m} ^{2}/\mathrm {s} ^{3}=3{.}53\cdot 10^{6}\,\mathrm {N} \cdot \mathrm {m} /\mathrm {s} =3{.}53\,\mathrm {MW} \end{matrix}}}$

El consumo de energía se compara favorablemente con otros sistemas ferroviarios de alta velocidad. Con una eficiencia de 0,85, la potencia requerida es de unos 4,2 MW. El consumo de energía con fines de levitación y orientación equivale aproximadamente a 1,7 kW / t. Como el sistema de propulsión también puede funcionar en reversa, la energía se transfiere de nuevo a la red eléctrica durante el frenado. Una excepción a esto es cuando se realiza una parada de emergencia utilizando los patines de aterrizaje de emergencia debajo del vehículo, aunque este método de detener el vehículo está diseñado solo como último recurso en caso de que sea imposible o indeseable mantener el vehículo levitando en la parte trasera. -up potencia a una parada natural.

Segmento de mercado, impacto ecológico y paralelos históricos

En comparación con las líneas ferroviarias clásicas, Transrapid permite velocidades y pendientes más altas con menos intemperie y menor consumo de energía y necesidades de mantenimiento. La vía Transrapid es más flexible y se adapta más fácilmente a circunstancias geográficas específicas que un sistema de trenes clásico. La carga está restringida a una carga útil máxima de 15 toneladas (14,8 toneladas largas ; 16,5 toneladas cortas ) por automóvil. Transrapid permite velocidades máximas de 550 km / h (342 mph), ubicándolo entre los trenes de alta velocidad convencionales (200–320 km / ho 124–199 mph) y el tráfico aéreo (720–990 km / ho 447–615 mph) . El generador de campo magnético, una parte importante del motor que forma parte de la pista, limita la capacidad del sistema.

Desde el punto de vista de la competencia, Transrapid es una solución patentada. Como la pista es parte del motor, solo se pueden operar los vehículos y la infraestructura Transrapid de una sola fuente. No se prevé la contratación de varios proveedores en lo que respecta a los vehículos o los cruces y conmutadores muy complicados. A diferencia de los ferrocarriles clásicos u otras redes de infraestructura, administradas conjuntamente por la Agencia Federal de Redes (Bundesnetzagentur) en Alemania, un sistema Transrapid no permite ninguna competencia directa.

Impacto ecológico

El Transrapid es un medio de transporte eléctrico, limpio, de alta velocidad y alta capacidad ^{[ cita requerida ]} capaz de establecer conexiones de pasajeros de punto a punto en entornos geográficamente desafiados. Esto debe compararse con el impacto sobre el patrimonio o las áreas de protección del paisaje (compárese con el puente Waldschlösschen ). Cualquier impacto de las emisiones debe tener en cuenta la fuente de energía eléctrica. El gasto, el ruido y la vibración reducidos de un sistema Transrapid solo para personas frente a las vías de un tren de carga no es directamente comparable. La reutilización de pistas existentes y la interfaz con las redes existentes es limitada. El Transrapid compite indirectamente por los recursos, el espacio y las vías en los entornos urbanos y de la ciudad con los sistemas de transporte urbano clásicos y los trenes de alta velocidad.

Costos comparativos

Seguimiento del costo de construcción

El Shanghai Maglev totalmente elevado se construyó a un costo de US $ 1,33 mil millones en una longitud de 30,5 kilómetros (19,0 millas), incluidos trenes y estaciones. Por lo tanto, el costo por km de doble vía fue de US $ 43,6 millones, incluidos trenes y estaciones. Este fue el primer uso comercial de la tecnología. Desde entonces, la vía del tren rápido convencional se ha producido en masa en China por entre 4,6 y 30,8 millones de dólares estadounidenses por kilómetro, principalmente en zonas rurales. (Ver tren de alta velocidad en China ).

En 2008, Transrapid Australia cotizó al gobierno del estado de Victoria A $ 34 millones por kilómetro para doble vía. ^[4] Esto asumió que el 50% de la pista estaba a nivel y el 50% estaba elevado. En comparación, el enlace ferroviario regional de 47 kilómetros (29 millas) que se construirá en Victoria costará 5 mil millones de dólares australianos, o 105 millones de dólares australianos por kilómetro, incluidas dos estaciones.

De lo anterior no es posible decir si Transrapid o la vía rápida convencional sería más barata para una aplicación en particular.

La mayor velocidad de funcionamiento del sistema de levitación magnética dará como resultado que se entreguen más pasajeros en la misma distancia en un tiempo establecido. La capacidad del sistema Transrapid para manejar giros más cerrados y pendientes más pronunciadas podría influir mucho en la comparación de costos para un proyecto en particular.

Costo de compra del tren

En 2008, Transrapid Australia cotizó al gobierno del estado de Victoria entre 16,5 millones de dólares australianos (viajero diario) y 20 millones de dólares australianos (lujo) por tramo de tren o vagón. ^[4] Debido a los 3,7 m (12 pies 2 pulgadas) de ancho de los carros Transrapid, tienen una superficie de aproximadamente 92 metros cuadrados (990 pies cuadrados). Esto equivale a entre 179.000 dólares australianos y 217.000 dólares australianos por metro cuadrado.

En comparación, los InterCityExpress , que también son construidos por Siemens, cuestan alrededor de 6 millones de dólares australianos por carro. Debido al ancho de 2,9 m (9 pies 6 pulgadas) de los vagones ICE, tienen un área de piso de aproximadamente 72 metros cuadrados (775 pies cuadrados). Esto equivale a unos 83.000 dólares australianos por metro cuadrado.

Esto muestra que es probable que los conjuntos de trenes Transrapid cuesten más del doble que los conjuntos de trenes rápidos convencionales ICE 3 en este momento. Sin embargo, cada conjunto de trenes Transrapid es más del doble de eficiente debido a su velocidad de operación más rápida y su aceleración según UK Ultraspeed . En su caso de estudio, solo el 44% de los conjuntos de trenes Transrapid son necesarios para transportar la misma cantidad de pasajeros que los trenes convencionales de alta velocidad.

Costo operacional

Transrapid afirma que su sistema tiene costos de mantenimiento muy bajos en comparación con los sistemas ferroviarios de alta velocidad convencionales debido a la naturaleza sin contacto de su sistema. ^[5]

Implementaciones

porcelana

Transrapid levitación magnética del tren de Shanghai, que conecta la estación de Longyang Road al aeropuerto internacional de Pudong

"> Reproducir medios

Un viaje completo en tren desde la estación Longyang Road hasta la estación del aeropuerto internacional de Pudong y viceversa