Aplicaciones curiosas del aire comprimido: El Hyperloop
A través del Hyperloop descubrimos una aplicación curiosa del aire comprimido, pues éste es un elemento clave en la tecnología que nos permitirá recorrer grandes distancias en poco tiempo.
En un mundo globalizado, donde la comunicación en tiempo real es una de las claves para su funcionamiento, el transporte de personas y mercancías requiere de innovaciones que permitan su realización en el menor tiempo posible. La velocidad es por tanto la clave para reducir al máximo el tiempo en el transporte.
Mientras los científicos no encuentren la clave del tele-transporte, no queda más opción que buscar sistemas con los que viajar a la mayor velocidad posible para recorrer grandes distancias en poco tiempo. Con esta premisa, Elon Musk, fundador de Tesla Motors y Spacex, lanzó en 2013 la idea del Hyperloop.
Hyperloop es un proyecto innovador para transportar a personas y mercancías a velocidades superiores a los 1200 km/h. Su autor, Elon Musk, sentó las bases del diseño, que consiste en unas cápsulas que circularán a gran velocidad en el interior de tubos de acero en los que se realizará un vacío parcial. Estos tubos estarán sustentados en pilares durante todo su recorrido, aunque no se descarta la posibilidad de meterlos bajo tierra en algunos tramos del trayecto.
La idea inicial de Elon Musk para hacer circular las cápsulas a través de los tubos es la que nos induce a incluir este diseño dentro de nuestros artículos sobre aplicaciones curiosas del aire comprimido. El diseño original está basado en un turbocompresor y en la levitación neumática.
La cápsula es la clave del funcionamiento del sistema. Evidentemente, su diseño será lo más aerodinámico posible, permitiendo que personas o mercancías viajen en su interior de forma segura. El desplazamiento de las cápsulas deberá ser muy suave. El pasajero tendrá posiblemente la misma sensación que en un tren de alta velocidad, pero a 1200 km/h.
El elemento más importante de la cápsula es el turbocompresor que lleva a bordo. Este compresorse empleará para realizar dos trabajos:
En primer lugar, el compresor aspirará el exceso de aire que no pase entre la cápsula y las paredes del ajustado tubo, impulsándolo a través de la cápsula y evitando que se acumule un exceso de masa de aire en su parte delantera con el consiguiente aumento de la resistencia a la circulación por el interior del tubo.
En segundo lugar, el compresor producirá aire comprimido para los cojinetes neumáticos, que soportarán el peso de la cápsula durante todo el trayecto.
Fuente: SpaceX. www.spacex.com/hyperloopalpha
Cada cápsula tendrá una estructura adaptada al uso para el que ha sido diseñada. Por esa razón, el compresor requerido tendrá diferentes características en función del diseño de la cápsula. Para las destinadas al transporte de personas, se estima que será necesario un turbocompresor axial de unos 325 kW, mientras que para el transporte de mercancías o de personas con sus vehículos, la potencia estimada es de unos 865 kW.
Prácticamente el 60% del aire en el interior del tubo atravesará la cápsula con la ayuda del turbocompresor y una parte de ese aire será usado para la levitación neumática de la misma.
¿Por qué usar un turbocompresor axial? Existen muchos tipos de compresores, cada uno con unas características específicas que lo hacen adecuado para diferentes procesos. En el caso del Hyperloop, será necesario un compresor que permita la circulación de grandes caudales y cuya aspiración se adapte adecuadamente al frontal de la cápsula.
En los turbocompresores axiales el aire circula en paralelo al eje a través de varios discos llamados rotores. Entre cada rotor se instala otro disco denominado estator, donde el aire acelerado por el rotor incrementa su presión antes de entrar en el disco siguiente. En la aspiración de algunos compresores se instalan unos álabes guía, que permiten orientar la corriente de aire para que entre con el ángulo adecuado.
En la foto superior se puede ver un ejemplo de un compresor axial de MAN TURBOMACHINERY, que trabaja en combinación con una etapa radial donde se incrementa la presión a valores superiores. Lógicamente, aún se desconoce el tipo de turbocompresor axial que se instalará en la cápsula, pero sí es seguro que su diseño deberá permitir la circulación de un gran caudal de aire para que la cápsula se encuentre con el mínimo aire posible en el frente y permita el máximo empuje desde la parte trasera.
Esta idea inicial de Elon Musk está siendo desarrollada por varias empresas que investigan cómo materializar este proyecto en una realidad de aplicación en cualquier país. Una realidad que se está encontrando con algunas dificultades técnicas, que empresas y entidades van solucionando con imaginación e ingeniería.
La suspensión de la cápsula dentro del tubo representaba uno de los desafíos tecnológicos más importantes, debido a las altas velocidades que se quieren alcanzar. Evidentemente, un sistema de rodadura tradicional provisto de ruedas y ejes convencionales no era viable para este proyecto porque generaría pérdidas por fricción e inestabilidad dinámica.
Por esa razón, Elon Musk imaginó un sistema de levitación neumática inspirado en el mismo principio que el empleado para algunas aplicaciones que van desde las más simples como las mesas de juego neumáticas, hasta las más complejas como los cojinetes neumáticos de los reactores. Esta solución, desarrollada en el proyecto original, ofrece una gran estabilidad, muy baja resistencia y un costo razonable.
Las empresas y entidades que investigan la solución más apropiada para la levitación de la cápsula en el interior del tubo están centrando sus desarrollos en el uso del magnetismo. Sin embargo, los costes asociados en material y construcción para este sistema son muy elevados, como ya se ha experimentado en este tipo de sustentación para trenes convencionales.
Sin embargo, este inconveniente no ha detenido a estas empresas, que se esfuerzan en desarrollar sistemas de levitación más eficientes y estables.
Hyperloop Transportation Technologies ha probado recientemente un sistema de levitación magnética pasiva. La levitación magnética pasiva, desarrollada en Livermore National Labs en un estudio de varios años, es para el equipo de Hyperloop TT una alternativa más barata y segura que otros sistemas de levitación magnética activa como el MagLev.
Con el uso de un sistema de levitación pasiva se elimina la necesidad de estaciones eléctricas a lo largo de la vía del Hyperloop, lo que hace a este sistema más económico en su aplicación y construcción.
Al principio, Hyperloop One seguía fiel el diseño original, utilizando aire comprimido forzado a través de unas guías con las que se crea una superficie casi sin fricción a lo largo de la cual se desliza la cápsula. Recientemente, la compañía ha anunciado que está desarrollando también un sistema de levitación magnética pasiva para su cápsula. Al mismo tiempo, ha desarrollado un motor para acelerar y decelerar la cápsula en su viaje a través del tubo a baja presión.
La Universitat Politécnica de Valéncia ha patrocinado a un grupo de estudiantes para el desarrollo de la cápsula. El equipo ha trabajado en el desarrollo de la levitación usando imanes pasivos en combinación con electroimanes instalados en la propia cápsula. La originalidad del diseño de estos alumnos consiste en realizar la sustentación de la cápsula desde el techo del tubo y no sobre la base, como en el resto de proyectos.
Fuente : UPV; www.hyperloopupv.com
El diseño de este grupo de estudiantes sitúa en la parte frontal de la cápsula un turbocompresor axial que absorberá todo el aire que se encuentre en su parte frontal. El aire atravesará la cápsula hasta unas toberas situadas en la parte posterior, donde se expandirá para crear el empuje necesario.
El Hyperloop diseñado por este grupo de estudiantes de la UPV ha sido galardonado con los premios al mejor Diseño Conceptual y mejor Subsistema de Propulsión. Hoy en día, el grupo de 6 estudiantes que presentó su diseño al concurso, en enero de 2016, se ha convertido en un equipo de más de 30 personas que trabajan en el desarrollo del Hyperloop
La velocidad es la clave de este macro proyecto. Conseguir que personas y mercancías recorran grandes distancias en tiempos muy pequeños es, además de un reto de ingeniería, un reto arquitectónico que sin duda marcará una nueva tendencia en el diseño de las estaciones y la forma de integrarlas en las ciudades.
Evidentemente, la forma de transportar las mercancías no será tan sofisticada como el transporte de personas. Hay que tener en cuenta que los pasajeros tendrán que ser acomodados en el interior de unas cápsulas totalmente cerradas, que circularán a una velocidad superior a los 1000 km/h por el interior de un tubo cerrado.
Por esta razón, se está estudiando y desarrollando minuciosamente el diseño interior de las cápsulas, buscando el máximo confort para el pasajero. Todos los detalles son tenidos en cuenta, accesos a la cápsula, ubicación de equipaje, asientos y servicios que se ofrecerán durante el corto viaje.
Fuente: SpaceX. www.spacex.com/hyperloopalpha
De la misma forma que Internet ha revolucionado la comunicación y el conocimiento on-line, Hyperloop es un proyecto que pretende hacerlo con el desplazamiento. Visitar cualquier lugar del mundo a través de nuestros ordenadores, móviles o tablets hoy es posible gracias a Internet, ¿por qué no podríamos hacerlo de forma física y en muy poco tiempo gracias al Hyperloop?
Solo es una cuestión de tiempo que las empresas y entidades que trabajan en el desarrollo del Hyperloop pongan al servicio del transporte más rápido del mundo sus conocimientos sobre ingeniería, arquitectura y aire comprimido, para que mercancías y personas circulen a velocidades superiores a los 1000 km/h.
Viernes, 19 de abril de 2024 
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