I treni maglev sono il trasporto del futuro? Come funziona un treno a levitazione magnetica?

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Sono già passati più di duecento anni dal momento in cui l'umanità ha inventato le prime locomotive a vapore. Tuttavia, il trasporto su rotaia terrestre che trasporta passeggeri e carichi pesanti utilizzando l'energia elettrica e il carburante diesel è ancora molto comune.

Vale la pena dire che in tutti questi anni ingegneri e inventori hanno lavorato attivamente per creare modi alternativi di muoversi. Il risultato del loro lavoro sono stati i treni su cuscini magnetici.

Cronologia delle apparenze

L'idea stessa di creare treni su cuscini magnetici è stata sviluppata attivamente all'inizio del XX secolo. Tuttavia, non è stato possibile realizzare questo progetto in quel momento per una serie di motivi. La produzione di un tale treno iniziò solo nel 1969. Fu allora che fu posata una pista magnetica sul territorio della Repubblica federale di Germania, lungo la quale doveva passare un nuovo veicolo, che in seguito fu chiamato treno a levitazione magnetica. Fu varato nel 1971. Il primo treno a levitazione magnetica, chiamato Transrapid-02, passò lungo il binario magnetico.

Un fatto interessante è che gli ingegneri tedeschi hanno realizzato un veicolo alternativo sulla base dei documenti lasciati dallo scienziato Hermann Kemper, che ha ricevuto un brevetto che conferma l'invenzione del piano magnetico nel 1934.

"Transrapid-02" difficilmente può essere chiamato molto velocemente. Poteva muoversi a una velocità massima di 90 chilometri orari. Anche la sua capacità era bassa: solo quattro persone.

Nel 1979 fu creato un modello maglev più avanzato. Questo treno, chiamato "Transrapid-05", poteva già trasportare sessantotto passeggeri. Si mosse lungo la linea situata nella città di Amburgo, la cui lunghezza era di 908 metri. La velocità massima sviluppata da questo treno era di settantacinque chilometri orari.

Nello stesso 1979, un altro modello maglev fu rilasciato in Giappone. Si chiamava "ML-500". Il treno giapponese su un cuscino magnetico sviluppò una velocità fino a cinquecentodiciassette chilometri orari.

Competitività

La velocità che i treni a cuscino magnetico possono sviluppare può essere paragonata alla velocità degli aeroplani. A questo proposito, questo tipo di trasporto può diventare un serio concorrente di quelle rotte aeree che operano a distanze fino a mille chilometri. L'uso diffuso dei maglev è ostacolato dal fatto che non possono circolare sulle superfici ferroviarie tradizionali. I treni su cuscini magnetici devono costruire autostrade speciali. E questo richiede un grande investimento di capitale. Si ritiene inoltre che il campo magnetico creato per i maglev possa influire negativamenteil corpo umano, che influirà negativamente sulla salute del conducente e dei residenti delle regioni situate vicino a tale percorso.

Principio di funzionamento

I treni a cuscino magnetico sono un tipo di trasporto speciale. Durante il movimento, il maglev sembra librarsi sui binari della ferrovia senza toccarlo. Ciò è dovuto al fatto che il veicolo è controllato dalla forza di un campo magnetico creato artificialmente. Durante il movimento del maglev, non c'è attrito. La forza frenante è la resistenza aerodinamica.

Come funziona? Ognuno di noi conosce le proprietà di base dei magneti dalle lezioni di fisica della prima media. Se due magneti vengono accostati ai loro poli nord, si respingono. Viene creato un cosiddetto cuscino magnetico. Quando si collegano poli diversi, i magneti saranno attratti l'uno dall' altro. Questo principio piuttosto semplice è alla base del movimento del treno a levitazione magnetica, che letteralmente scivola nell'aria a una distanza insignificante dai binari.

Attualmente sono già state sviluppate due tecnologie, con l'aiuto delle quali viene attivato un cuscino magnetico o una sospensione. Il terzo è sperimentale ed esiste solo su carta.

Sospensione elettromagnetica

Questa tecnologia si chiama EMS. Si basa sulla forza del campo elettromagnetico, che cambia nel tempo. Provoca la levitazione (sollevamento nell'aria) del maglev. Per il movimento del treno in questo caso sono necessarie rotaie a forma di T, che sono realizzateconduttore (solitamente in metallo). In questo modo, il funzionamento del sistema è simile a quello di una ferrovia convenzionale. Tuttavia, nel treno, al posto delle coppie di ruote, sono installati magneti di supporto e guida. Sono posti parallelamente agli statori ferromagnetici situati lungo il bordo del nastro a forma di T.

Il principale svantaggio della tecnologia EMS è la necessità di controllare la distanza tra lo statore ei magneti. E questo nonostante dipenda da molti fattori, inclusa la natura instabile dell'interazione elettromagnetica. Per evitare un arresto improvviso del treno, su di esso sono installate batterie speciali. Sono in grado di ricaricare i generatori lineari integrati nei magneti di supporto, mantenendo così a lungo il processo di levitazione.

I treni basati su EMS sono frenati da un motore lineare sincrono a bassa accelerazione. È rappresentato da magneti di supporto, così come dalla carreggiata, su cui aleggia il maglev. La velocità e la spinta della composizione possono essere controllate modificando la frequenza e la forza della corrente alternata generata. Per rallentare basta cambiare la direzione delle onde magnetiche.

Sospensione elettrodinamica

Esiste una tecnologia in cui il movimento del maglev avviene quando due campi interagiscono. Uno di questi viene creato nella tela dell'autostrada e il secondo viene creato a bordo del treno. Questa tecnologia si chiama EDS. Sulla sua base, fu costruito un treno maglev giapponese JR–Maglev.

Questo sistema presenta alcune differenze rispetto a EMS, dovemagneti ordinari, a cui viene fornita corrente elettrica dalle bobine solo quando viene applicata alimentazione.

La tecnologia EDS implica una fornitura costante di elettricità. Ciò si verifica anche se l'alimentazione è disattivata. Il raffreddamento criogenico è installato nelle bobine di un tale sistema, che consente di risparmiare notevoli quantità di elettricità.

Vantaggi e svantaggi della tecnologia EDS

Il lato positivo di un sistema che funziona su una sospensione elettrodinamica è la sua stabilità. Anche una leggera riduzione o aumento della distanza tra i magneti e la tela è regolata dalle forze di repulsione e attrazione. Ciò consente al sistema di essere in uno stato in alterato. Con questa tecnologia, non è necessario installare l'elettronica di controllo. Non sono necessari dispositivi per regolare la distanza tra il web e i magneti.

La tecnologia EDS presenta alcuni inconvenienti. Pertanto, la forza sufficiente a far levitare la composizione può sorgere solo ad alta velocità. Ecco perché i maglev sono dotati di ruote. Forniscono il loro movimento a velocità fino a cento chilometri all'ora. Un altro svantaggio di questa tecnologia è la forza di attrito generata nella parte posteriore e anteriore dei magneti repulsivi a basse velocità.

A causa del forte campo magnetico nella sezione destinata ai passeggeri, è necessario installare una protezione speciale. In caso contrario, una persona con un pacemaker non è autorizzata a viaggiare. La protezione è necessaria anche per i supporti di memorizzazione magnetici (carte di credito e HDD).

Sviluppatotecnologia

Il terzo sistema, che attualmente esiste solo su carta, è l'utilizzo di magneti permanenti nella variante EDS, che non richiedono energia per essere attivati. Fino a poco tempo si credeva che ciò fosse impossibile. I ricercatori credevano che i magneti permanenti non avessero una forza tale da far levitare il treno. Tuttavia, questo problema è stato evitato. Per risolverlo, i magneti sono stati posizionati nell'array Halbach. Tale disposizione porta alla creazione di un campo magnetico non sotto l'array, ma sopra di esso. Questo aiuta a mantenere la levitazione del treno anche a una velocità di circa cinque chilometri orari.

Questo progetto non ha ancora ricevuto attuazione pratica. Ciò è dovuto all' alto costo degli array realizzati con magneti permanenti.

Dignity of Maglev

Il lato più interessante dei treni a levitazione magnetica è la prospettiva di raggiungere velocità elevate che consentiranno ai maglev di competere anche con gli aerei a reazione in futuro. Questo tipo di trasporto è abbastanza economico in termini di consumo di elettricità. Anche i costi per il suo funzionamento sono contenuti. Ciò diventa possibile grazie all'assenza di attrito. Piacevole anche il basso rumore dei maglev, che avrà un impatto positivo sulla situazione ambientale.

Difetti

Lo svantaggio dei maglev è che ci vuole troppo per realizzarli. Anche le spese per la manutenzione dei binari sono elevate. Inoltre, la modalità di trasporto considerata richiede un sistema di binari complesso e ultra precisodispositivi che controllano la distanza tra la tela e i magneti.

Attuazione del progetto a Berlino

Nella capitale della Germania negli anni '80 ebbe luogo l'apertura del primo sistema a levitazione magnetica chiamato M-Bahn. La lunghezza della tela era di 1,6 km. Un treno a levitazione magnetica correva tra tre stazioni della metropolitana nei fine settimana. Il viaggio per i passeggeri era gratuito. Dopo la caduta del muro di Berlino, la popolazione della città è quasi raddoppiata. Richiedeva la creazione di reti di trasporto in grado di fornire un elevato traffico passeggeri. Ecco perché nel 1991 la tela magnetica è stata smantellata e al suo posto è iniziata la costruzione della metropolitana.

Birmingham

In questa città tedesca, un maglev a bassa velocità si è collegato dal 1984 al 1995. aeroporto e stazione ferroviaria. La lunghezza del percorso magnetico era di soli 600 m.

La strada ha funzionato per dieci anni ed è stata chiusa a causa di numerosi reclami da parte dei passeggeri per i disagi esistenti. Successivamente, la monorotaia ha sostituito il maglev in questa sezione.

Shanghai

La prima strada magnetica a Berlino è stata costruita dalla società tedesca Transrapid. Il fallimento del progetto non ha scoraggiato gli sviluppatori. Hanno continuato le loro ricerche e hanno ricevuto un ordine dal governo cinese, che ha deciso di costruire una pista a levitazione magnetica nel paese. Questa rotta ad alta velocità (fino a 450 km/h) collegava Shanghai e l'aeroporto di Pudong. La strada lunga 30 km è stata aperta nel 2002. I piani futuri includono la sua estensione a 175 km.

Giappone

Questo paese ha ospitato una mostra nel 2005Expo-2005. Con la sua apertura è stata messa in funzione una pista magnetica lunga 9 km. Ci sono nove stazioni sulla linea. Maglev serve l'area adiacente alla sede espositiva.

I Maglev sono considerati il trasporto del futuro. Già nel 2025 è prevista l'apertura di una nuova superstrada in un paese come il Giappone. Il treno maglev trasporterà i passeggeri da Tokyo a uno dei distretti della parte centrale dell'isola. La sua velocità sarà di 500 km/h. Per realizzare il progetto saranno necessari circa quarantacinque miliardi di dollari.

Russia

La creazione di un treno ad alta velocità è prevista anche dalle Ferrovie Russe. Entro il 2030, il maglev in Russia collegherà Mosca e Vladivostok. I passeggeri supereranno il percorso di 9300 km in 20 ore. La velocità del treno a levitazione magnetica raggiungerà i cinquecento chilometri orari.