Des del primer quart del segle XX, la comunitat tecnològica treballa en prototips de tren d’altíssima velocitat que connectin grans nuclis de població d’un estat o de diversos. L’any 2015, l’inventor i fundador de SpaceX, Elon Musk, va obrir una convocatòria anomenada Hyperloop amb l’objectiu d’aconseguir una proposta de tren que permetés connectar Los Angeles amb San Francisco en un temps inferior als 35 minuts, és a dir, 563 quilòmetres a més de 1.100 km/h. I en aquesta convocatòria va triomfar Makers, un grup de treball de la Universitat Politècnica de València que va aconseguir dos premis en la Hyperloop Pod Competition: Premi Absolut en Disseny i Premi a l’Excel·lència Tècnica en el Subsistema de Propulsió/Compressió.
Què és el projecte Hyperloop? En quina fase es troba ara mateix?
L'Hyperloop és una proposta de sistema de transport interurbà d'alta velocitat i baixa latència. L'anàleg seria un metre, amb molta freqüència, però amb menor capacitat per tren i que circula entre nuclis grans de població. Sistemes similars es porten plantejant des de 1917 i el projecte més proper és el tren bela japonès. De moment, ens trobem en fase de desenvolupament inicial ja que fins a fa molt poc no hi havia un interès i un saber suficient en diferents disciplines per dur-ho a terme de manera segura i efectiva.
Aquest tren podria arribar als 1.000 quilòmetres/hora de manera segura?
La nostra proposta seria capaç d'arribar a 1000 km/h sense modificacions i, una vegada superats els 1500 km/h i després de modificacions menors, podria aconseguir velocitats de l'ordre dels 5000 km/h. La seguretat del sistema no és estimable actualment, de la mateixa manera que no ho va ser en l'aviació comercial fins un cert nivell de desenvolupament. És un procés paral·lel: sistema i avaluació del risc i solucions al mateix.
Mitjançant quin sistema?
Realment no és capaç d'aconseguir aquestes velocitats a causa de només un sistema de la mateixa manera que no és possible fer enlairar un avió sense que diversos sistemes cooperin. La clau és eliminar el fregament tant com sigui possible. A altes velocitats, la resistència aerodinàmica suposa la pràctica totalitat del consum energètic. El primer pas és eliminar aquesta resistència amb l’ús d’un mitjà menys dens. Aquesta és la raó d’utilitzar un tub parcialment buidat d'aire pel qual viatja el pod. La següent font de consum és el fregament per rodament, que per eliminar-lo i evitar problemes de desgast el pod, levita magnèticament dins del tub a partir de certa velocitat.
Com és el disseny d'aquest tren que us ha portat a guanyar la primera posició en la categoria de Disseny General?
En primer lloc, el concurs tenia dues categories principals: disseny conceptual i disseny i prototip. La categoria de disseny i prototip atorgava als classificats la possibilitat de participar en la fase de construcció que tindrà lloc a l'agost d'aquest any. Per poder participar en aquesta fase, els equips havien d'atenir-se a una normativa específica sobre la pista de proves que s'ha creat a Califòrnia. Atès que les especificacions canviaven cada setmana, vam decidir desmarcar-nos d'elles i dissenyar conceptualment allò que podria ser la proposta final de l’Hyperloop de la manera més realista possible.
En primer lloc, vam eliminar les plaques d'alumini, rail central i base de formigó que la pista de proves incorpora dins del tub per guiat i levitació dels prototips. Aquest fet, a més de reduir el cost de la construcció en un 30%, permet balancejar el pod per compensar les forces en les corbes sobre els passatgers. Això permet també disminuir els radis de curvatura mínims del sistema. Com ja no disposàvem de cap tipus de superfície conductora sobre la qual levitar per corrents induïts, vam plantejar un sistema de levitació que funcionés sense elles.
El sistema que plantegem era diferent a tots els altres que vam veure en el concurs a Texas i, ja que funciona millor prop de la paret, vam poder prescindir de geometries del pod que no aprofitaven la secció del tub i optar per una configuració cilíndrica i només deixar una folgança mínima que permetés un control segur de la distància a les parets. Això fa que el sistema de propulsió hagi d’absorbir la totalitat de la despesa màssica que es troba en moure's pel tub. També incorporem novetats respecte a la propulsió, optant per un sistema autònom que permet escalar fàcilment en distància els trajectes.
Com són els sistemes de propulsió d'aquest tren que us ha portat a guanyar la primera posició en la categoria de subsistemes de propulsió?
El principi bàsic és la propulsió a reacció. El pod admet l'aire que es troba dins del tub, ho comprimeix per poder deixar espai per a la cabina de passatgers i la bateria i és transportat fins a la part posterior per un tub en la part superior del mateix. Una vegada en la part posterior, en situacions en les quals es demanda alta embranzida i/o acceleracions, l'aire és expandit en una tovera per obtenir la màxima embranzida. Si la situació del pod requereix una embranzida menor, l'aire és prèviament expandit en una turbina de potència per recuperar part de l'energia usada en la compressió. Tot el sistema és elèctric i alimentat per un banc de bateries que s'intercanvia en cada final de trajecte. A més de l'acceleració i el creuer, el frenat es realitza amb el control actiu de la sobrepressió que es produeix en la part davantera del tren quan admet menys aire d’aquell que el pod desplaça. En aquesta situació, la turbina recupera el màxim d'energia possible de la compressió de l'aire. A més, en situacions d'emergència, la sobtada parada del compressor i conseqüent cessament en l'admissió de l'aire, produeixen un frenat potent i fiable que frena en un curt espai de temps el tren.
Què vol dir que és un tren transònic?
Transònic vol dir que es mou a un nombre de Mach comprès entre 0.85 i 1.2. Això a nivell del mar suposa viatjar al voltant dels 1100-1400 km/h. El nombre de Mach expressa la relació entre la velocitat relativa d'un flux/mòbil i la velocitat del so.
Com és el sistema d'imants per aconseguir la levitació?
A diferència del Maglev japonès, que utilitza una via específica i imants al tren per aconseguir levitar, la nostra proposta usa un sistema híbrid d'imants permanents i electroimants per levitar el pod. El sistema funciona atraient la part superior del tub, que és d'acer, i permet que, en absència de pertorbacions, no consumeixi energia elèctrica perquè el gruix de la força la produeix l'imant permanent. Els electroimants s'usen per controlar en tot moment la distància al tub i mantenir estable el pod.
Com accelera i com frena aquest tren?
L'acceleració és progressiva i es realitza en una primera fase amb rodes que impulsen el pod a velocitats d'uns 300/400 km/h. Arribada aquesta velocitat, el pod pot començar a levitar i la compressió comença a ser realment eficient. El compressor comprimeix l'aire de la part davantera i ho impulsa per un tub cap a la part posterior, on s'expandeix gràcies a una tovera i s'aconsegueix l'embranzida. El frenat del sistema es realitza regulant la despesa trasbalsada pel compressor, permetent frenats controlats i assegurances.
Quines barreres tecnològiques o d'un altre caràcter us trobeu pel desenvolupament d'aquest projecte?
Un dels majors impediments és el disseny de les turbomàquines adequades per a aquestes condicions. A més, com no existeix una normativa específica, és difícil avaluar quan és necessari incorporar sistemes redundants i quants són necessaris.
Hi ha cap projecte internacional que s'apropi a trens de 1000 km/h?
Els trens més semblants són els coneguts maglevs japonesos, que també utilitzen l'efecte magnètic però de forma diferent a l’Hyperloop. Aquests són molt més costosos ja que els imants han de recórrer tota la via i no estan situats en el pod. El més veloç ha aconseguit arribar a velocitats d'uns 600km/h. A banda d'això, va haver-hi projectes de proves de projectils a EUA que van arribar a 10000 km/h en trineus sobre rails impulsats per coets. D'altra banda, l'avió experimental X-43 propulsat per un scramjet (estatorreactor de combustió supersònica) va aconseguir més de 11000 km/h i hi ha projectes d'avions espacials hipersònics que serien capaços d’enlairar des de Londres i aterrar a Nova York en menys d’una l'hora. Respecte a alguna cosa similar a l’Hyperloop, el grup ET3 planteja un cordó umbilical mundial d'alta velocitat juntament amb brancs locals prop de 1000 km/h. Quant a trens, mai s'ha plantejat. Cal recordar que l’Hyperloop s'assembla més a un avió que a un tren.
El projecte és viable?
Físicament, és viable des de principis del segle XX. Tecnològicament, superats els problemes inicials de disseny de turbomaquinària el buidat d'aire del tub, també ho seria.
Econòmicament, es planteja com un sistema de transport de masses, no un mitjà de transport car i exclusiu com era el Concorde. Per millorar la viabilitat, el sistema fa ús dels terrenys de les autopistes, usant les mitjanes com a punts on se situarien pilons sobre els quals se suspendrien els tubs de l’Hyperloop. Això fa que la inversió inicial baixi considerablement. A més a més, tot el recorregut aniria cobert per panells solars, fet que permet fer sostenible el mitjà de transport generant més energia de la qual consumeix, També cal dir que els costos de manteniment i operació de l’Hyperloop no són alguna cosa que pugui estimar-se fàcilment i fins que no s'operi, no seran definitius i la viabilitat no estarà assegurada.
Quina previsió podem contemplar per veure aquests trens en circulació?
L'Hyperloop, si rep el suport del govern dels EUA, podria estar en marxa amb un trajecte pilot de Sant Francisco a Los Angeles en menys d'una dècada. Això permetria fixar un marc legal i de seguretat amb el qual treballar de cara a una implantació massiva de ser viable en un període de 50-100 anys. De moment, caldrà esperar una mica.
TEXT: PABLO MONFORT // FOTOGRAFIA: MAKERS
