Os trens maglev são o transporte do futuro? Como funciona um trem maglev?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Já se passaram mais de duzentos anos desde o momento em que a humanidade inventou as primeiras locomotivas a vapor. No entanto, o transporte ferroviário terrestre de passageiros e cargas pesadas usando a energia da eletricidade e do óleo diesel ainda é muito comum.

Vale a pena dizer que todos esses anos, engenheiros e inventores têm trabalhado ativamente para criar formas alternativas de locomoção. O resultado de seu trabalho foram trens em almofadas magnéticas.

Histórico da Aparência

A própria ideia de criar trens em almofadas magnéticas foi desenvolvida ativamente no início do século XX. No entanto, não foi possível realizar este projeto naquele momento por uma série de razões. A fabricação de tal trem começou apenas em 1969. Foi então que um trilho magnético foi colocado no território da República Federal da Alemanha, ao longo do qual um novo veículo deveria passar, que mais tarde foi chamado de trem maglev. Foi lançado em 1971. O primeiro trem maglev, que se chamava Transrapid-02, passou pela linha magnética.

Um fato interessante é que engenheiros alemães fizeram um veículo alternativo baseado nos registros deixados pelo cientista Hermann Kemper, que recebeu uma patente confirmando a invenção do plano magnético em 1934.

"Transrapid-02" dificilmente pode ser chamado muito rápido. Ele podia se mover a uma velocidade máxima de 90 quilômetros por hora. Sua capacidade também era baixa - apenas quatro pessoas.

Em 1979, foi criado um modelo maglev mais avançado. Este trem, chamado "Transrapid-05", já podia transportar sessenta e oito passageiros. Ele se moveu ao longo da linha localizada na cidade de Hamburgo, cujo comprimento era de 908 metros. A velocidade máxima que este trem desenvolveu foi de setenta e cinco quilômetros por hora.

No mesmo ano de 1979, outro modelo maglev foi lançado no Japão. Ela foi chamada de "ML-500". O trem japonês em uma almofada magnética desenvolveu uma velocidade de até quinhentos e dezessete quilômetros por hora.

Competitividade

A velocidade que os trens de almofada magnética podem desenvolver pode ser comparada à velocidade dos aviões. Nesse sentido, esse tipo de transporte pode se tornar um sério concorrente das rotas aéreas que operam a uma distância de até mil quilômetros. O uso generalizado de maglevs é dificultado pelo fato de que eles não podem se mover em superfícies ferroviárias tradicionais. Trens em almofadas magnéticas precisam construir estradas especiais. E isso requer um grande investimento de capital. Acredita-se também que o campo magnético criado para maglevs pode afetar negativamenteo corpo humano, o que afetará negativamente a saúde do motorista e moradores de regiões localizadas próximas a essa via.

Princípio de funcionamento

Os trens de almofada magnética são um tipo especial de transporte. Durante o movimento, o maglev parece pairar sobre os trilhos da ferrovia sem tocá-los. Isso se deve ao fato de o veículo ser controlado pela força de um campo magnético criado artificialmente. Durante o movimento do maglev, não há atrito. A força de frenagem é o arrasto aerodinâmico.

Como funciona? Cada um de nós conhece as propriedades básicas dos ímãs nas aulas de física da sexta série. Se dois ímãs forem colocados em contato com seus pólos norte, eles se repelirão. A chamada almofada magnética é criada. Ao conectar pólos diferentes, os ímãs serão atraídos um pelo outro. Este princípio bastante simples está subjacente ao movimento do trem maglev, que literalmente desliza pelo ar a uma distância insignificante dos trilhos.

Atualmente, duas tecnologias já foram desenvolvidas, com a ajuda das quais uma almofada ou suspensão magnética é ativada. A terceira é experimental e só existe no papel.

Suspensão eletromagnética

Esta tecnologia é chamada de EMS. Baseia-se na força do campo eletromagnético, que muda ao longo do tempo. Causa levitação (subida no ar) do maglev. Para o movimento do trem, neste caso, são necessários trilhos em forma de T, feitos decondutor (geralmente feito de metal). Desta forma, a operação do sistema é semelhante a uma ferrovia convencional. No entanto, no trem, em vez de pares de rodas, são instalados ímãs de suporte e guia. Eles são colocados paralelamente aos estatores ferromagnéticos localizados ao longo da borda da teia em forma de T.

A principal desvantagem da tecnologia EMS é a necessidade de controlar a distância entre o estator e os ímãs. E isso apesar do fato de depender de muitos fatores, incluindo a natureza instável da interação eletromagnética. Para evitar uma parada repentina do trem, baterias especiais são instaladas nele. Eles são capazes de recarregar os geradores lineares embutidos nos ímãs de suporte e, assim, manter o processo de levitação por um longo tempo.

Os trens baseados em EMS são freados por um motor linear síncrono de baixa aceleração. É representado por ímãs de suporte, bem como a estrada, sobre a qual o maglev paira. A velocidade e o impulso da composição podem ser controlados alterando a frequência e a força da corrente alternada gerada. Para desacelerar, basta mudar a direção das ondas magnéticas.

Suspensão eletrodinâmica

Existe uma tecnologia em que o movimento do maglev ocorre quando dois campos interagem. Um deles é criado no canvas da rodovia, e o segundo é criado a bordo do trem. Essa tecnologia é chamada de EDS. Com base nisso, foi construído um trem maglev japonês JR–Maglev.

Este sistema tem algumas diferenças do EMS, ondeímãs comuns, aos quais a corrente elétrica é fornecida pelas bobinas somente quando a energia é aplicada.

A tecnologia EDS implica um fornecimento constante de eletricidade. Isso ocorre mesmo se a fonte de alimentação estiver desligada. O resfriamento criogênico é instalado nas bobinas de tal sistema, o que economiza uma quantidade significativa de eletricidade.

Vantagens e desvantagens da tecnologia EDS

O lado positivo de um sistema rodando em uma suspensão eletrodinâmica é sua estabilidade. Mesmo uma ligeira redução ou aumento na distância entre os ímãs e a tela é regulada pelas forças de repulsão e atração. Isso permite que o sistema fique em um estado in alterado. Com esta tecnologia, não há necessidade de instalar eletrônica de controle. Não há necessidade de dispositivos para ajustar a distância entre a teia e os ímãs.

A tecnologia EDS tem algumas desvantagens. Assim, a força suficiente para levitar a composição só pode surgir em alta velocidade. É por isso que os maglevs são equipados com rodas. Eles fornecem seu movimento a velocidades de até cem quilômetros por hora. Outra desvantagem desta tecnologia é a força de atrito gerada na parte traseira e frontal dos ímãs repulsivos em baixas velocidades.

Devido ao forte campo magnético na seção destinada aos passageiros, é necessária a instalação de proteção especial. Caso contrário, uma pessoa com marca-passo não pode viajar. A proteção também é necessária para mídia de armazenamento magnético (cartões de crédito e HDD).

Desenvolvidotecnologia

O terceiro sistema, que atualmente existe apenas no papel, é o uso de ímãs permanentes na variante EDS, que não necessitam de energia para serem acionados. Até recentemente, acreditava-se que isso era impossível. Os pesquisadores acreditavam que os ímãs permanentes não tinham tanta força que pudesse fazer o trem levitar. No entanto, esse problema foi evitado. Para resolvê-lo, os ímãs foram colocados na matriz Halbach. Tal arranjo leva à criação de um campo magnético não sob a matriz, mas acima dela. Isso ajuda a manter a levitação do trem mesmo a uma velocidade de cerca de cinco quilômetros por hora.

Este projeto ainda não recebeu implementação prática. Isso se deve ao alto custo das matrizes feitas de ímãs permanentes.

Dignidade dos maglevs

O lado mais atraente dos trens maglev é a perspectiva de atingir altas velocidades que permitirão que os maglevs concorram até mesmo com aviões a jato no futuro. Este tipo de transporte é bastante económico em termos de consumo de eletricidade. Os custos para sua operação também são baixos. Isso se torna possível devido à ausência de atrito. O baixo ruído dos maglevs também é agradável, o que terá um impacto positivo na situação ambiental.

Falhas

A desvantagem dos maglevs é que é preciso muito para fazê-los. Os gastos com manutenção da via também são altos. Além disso, o modo de transporte considerado requer um complexo sistema de trilhos edispositivos que controlam a distância entre a tela e os ímãs.

Implementação do projeto em Berlim

Na capital da Alemanha na década de 1980, ocorreu a abertura do primeiro sistema maglev chamado M-Bahn. O comprimento da tela foi de 1,6 km. Um trem maglev circulava entre três estações de metrô nos fins de semana. As viagens para os passageiros eram gratuitas. Após a queda do Muro de Berlim, a população da cidade quase dobrou. Exigiu a criação de redes de transporte com capacidade de fornecer alto tráfego de passageiros. É por isso que em 1991 a tela magnética foi desmontada e a construção do metrô começou em seu lugar.

Birmingham

Nesta cidade alemã, um maglev de baixa velocidade conectou de 1984 a 1995. aeroporto e estação ferroviária. O comprimento do caminho magnético era de apenas 600 m.

A estrada funcionou por dez anos e foi fechada devido a inúmeras reclamações de passageiros sobre o transtorno existente. Posteriormente, o monotrilho substituiu o maglev nesta seção.

Xangai

A primeira estrada magnética em Berlim foi construída pela empresa alemã Transrapid. O fracasso do projeto não deteve os desenvolvedores. Eles continuaram suas pesquisas e receberam uma ordem do governo chinês, que decidiu construir uma pista de maglev no país. Essa rota de alta velocidade (até 450 km/h) conectava Xangai e o aeroporto de Pudong. A estrada de 30 km foi inaugurada em 2002. Os planos futuros incluem sua extensão para 175 km.

Japão

Este país sediou uma exposição em 2005Expo-2005. Com sua abertura, uma pista magnética de 9 km de extensão foi colocada em operação. Há nove estações na linha. Maglev atende a área adjacente ao local da exposição.

Maglevs são considerados o transporte do futuro. Já em 2025, está prevista a abertura de uma nova superestrada em um país como o Japão. O trem maglev levará passageiros de Tóquio para um dos distritos da parte central da ilha. Sua velocidade será de 500 km/h. Cerca de quarenta e cinco bilhões de dólares serão necessários para implementar o projeto.

Rússia

A criação de um trem de alta velocidade também está planejada pela Russian Railways. Em 2030, o maglev na Rússia conectará Moscou e Vladivostok. Os passageiros vão superar o caminho de 9.300 km em 20 horas. A velocidade do trem maglev chegará a quinhentos quilômetros por hora.