¿Qué es la sustentación electromagnética? ¿Para qué sirve?
¿Has oído hablar alguna vez de los trenes Maglev de Japón o de los Transrapid de Europa? ¿Conoces los trenes de levitación magnética? Son trenes que «levitan» sobre las vías gracias a un campo magnético. Para saber más, descubre en este artículo todo lo que hay que saber sobre la sustentación electromagnética y su papel en el mundo que nos rodea. Descubre también nuestra colección de globos magnéticos que utilizan esta misma energía.
Entender la sustentación electromagnética
En física y ciencias, existen dos conceptos fundamentales sobre el principio de levitación: el concepto electromagnético, generado por electroimanes regulados, y el concepto electrodinámico, que se basa en las fuerzas de las corrientes inducidas. La sustentación electromagnética se define como un mecanismo que permite hacer levitar un objeto gracias a un campo magnético. Las fuerzas electromagnéticas que actúan sobre dicho objeto le permiten contrarrestar su propio peso y flotar sin caer.
Más concretamente, un objeto se encuentra en estado de sustentación electromagnética cuando flota sobre un soporte magnético sin entrar en contacto con él. Una fuerza vertical dirigida de abajo hacia arriba permite equilibrar el peso de dicho objeto o cuerpo. Los trenes Transrapid de Alemania o de Shanghái son ejemplos concretos de sustentación electromagnética. Por el contrario, los Maglev japoneses utilizan la sustentación electrodinámica.
¿Cómo funciona la sustentación electromagnética?
La levitación electromagnética es posible gracias a las fuerzas magnéticas. Para entenderlo, primero hay que saber cómo funcionan los imanes. ¡Es muy sencillo! Partamos de la base de que un imán puede atraer o repeler materiales ferromagnéticos según la orientación de sus polos. Los polos norte y norte se atraen, y los polos norte y sur se repelen.
El mecanismo magnético se produce cuando los imanes se activan de forma alterna (se atraen y se repelen). La gravedad que actúa sobre el objeto en levitación queda compensada por estas fuerzas. Esto permite mantener una distancia constante entre el objeto y el suelo, evitando la fricción. Este mecanismo sin fricción permite, además, avanzar más rápido. Para activar el sistema de levitación o sustentación electromagnética, se utilizan electroimanes y superconductores.
Los electroimanes
Un electroimán es un imán alimentado con corriente eléctrica. Permite convertir energía eléctrica en energía magnética. Para ello, el imán está formado por un núcleo de hierro magnético rodeado por una bobina de hilo conductor. El campo magnético se genera entonces al pasar la corriente eléctrica por el electroimán. Gracias a este principio, el electroimán ejerce una intensa fuerza mecánica de atracción. Por este motivo se utiliza en la sustentación electromagnética.
Los superconductores
Los superconductores son materiales capaces de conducir perfectamente la corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía. Se trata del fenómeno de la superconductividad. Este fenómeno es posible al enfriar el material para eliminar toda resistencia eléctrica.
Descubierto por el físico neerlandés Heike Kamerlingh Onnes en 1911, el fenómeno de la superconductividad sigue siendo un descubrimiento excepcional. Más aún cuando los superconductores cuentan, además, con propiedades magnéticas excepcionales. De este modo, pueden levitar sin problemas por debajo de un imán.
¿Para qué sirve la sustentación electromagnética?
Como seguramente ya habrás observado más arriba, la sustentación electromagnética permite hacer levitar un objeto sobre una superficie imantada, sin que ambos se toquen. Pero, además, este mecanismo también permite que el objeto en movimiento alcance una mayor velocidad. Por eso, la principal aplicación de la sustentación electromagnética se encuentra en el ámbito ferroviario, sobre todo para la propulsión y la levitación de trenes como el Transrapid alemán o el Transrapid de Shanghái.
El tren de levitación electromagnética
El tren de levitación electromagnética levita únicamente por la atracción entre los polos. Para ello, está diseñado con electroimanes situados en la parte inferior, en paralelo a los raíles. Los raíles también están provistos de barras de hierro laminadas que entran en contacto con los electroimanes.
Se genera entonces un campo electromagnético sin que los electroimanes y las barras de hierro entren en contacto. Además, el tren circula en levitación (es decir, no se apoya sobre los raíles). Alcanza una velocidad máxima de hasta 150 km/h.
Las ventajas de los trenes de sustentación electromagnética
Si hoy en día la sustentación electromagnética está muy desarrollada en los trenes, es sobre todo porque presenta varias ventajas:
- Este mecanismo permite a los trenes desplazarse a gran velocidad.
- También permite reducir la contaminación acústica provocada por el paso de los trenes por las vías (ya que el tren en levitación no entrará en contacto con ellas).
- Es un sistema limpio y menos contaminante: el tren de levitación electromagnética no emite humo y consume muy pocos recursos energéticos. Las pérdidas eléctricas son mínimas gracias a los superconductores.
- La resistencia aerodinámica y la velocidad de los trenes no causan daños al ecosistema.
Sin embargo, la puesta en práctica de este concepto sigue siendo muy costosa. Por eso, solo hay muy pocos trenes de levitación electromagnética en el mundo.