Il Maglev train

IL TRENO MAGLEV

Un super sistema di trasporto ad alta velocità con un sistema di conduzione non aderente che sia indipendente dalle forze di frizione ruota-rotaia è stato un sogno di vecchia data degli ingegneri delle ferrovie. Il Maglev, una combinazione di magneti superconduttori e di tecnologia di motore lineare, realizza una corsa ad alta velocità in sicurezza, affidabilità, a basso impatto ambientale e minima manutenzione.

Un treno a levitazione magnetica o maglev è un tipo di treno che viaggia sospeso in aria su una rotaia grazie alla repulsione magnetica.
La repulsione e l'attrazione magnetica vengono utilizzate anche come mezzo di locomozione. Essendo il treno sospeso in aria non ha un reale contatto con la rotaia e quindi l'unica forza che si oppone al moto del treno è quella dovuta all'attrito con l'aria. Di conseguenza il maglev è in grado di viaggiare a velocità elevatissime con un consumo di energia ragionevole e un livello di rumore accettabile (alcuni sistemi proposti sono in grado di viaggiare a 650 km/h, una velocità comparabile a quella del trasporto aereo). Sebbene la velocità del maglev permetterebbe a questa tipologia di treno di competere con il trasporto aereo anche nei lunghi percorsi, l'elevato costo per la realizzazione delle infrastrutture ne ha limitato attualmente l'utilizzo a brevi tratte molto frequentate. L'unica applicazione commerciale pratica odierna si trova a Shanghai dove una linea a maglev collega la città con l'aeroporto Pudong. Il prezzo standard per un viaggio di andata è di 50 RMB (Rembimbi). Mostrando il biglietto aereo allo sportello il prezzo si riduce a 40 RMB. Il prezzo è ragionevole visto che un taxi costa dagli 80 ai 100 RMB per la stessa distanza. In autobus si spende 18 RMB, ma si impiega 40 minuti circa. Il maglev impiega solo 7’21” a coprire la distanza di 30 Km. ad una velocità massima di 431 Km/h, ed una velocità media di 250 Km/h.
Il treno è attivo dal 29 marzo 2004, ed opera dalle 8.30 alle 17.30 con un intervallo di 20’.
Il costo per la costruzione della linea speciale per il maglev è stato di 50 milioni di dollari a chilometro, una cifra spropositata, e probabilmente non basterà la vita stessa di operatività del treno per ammortizzare la cifra spesa.
Altre implementazioni del maglev sono attualmente allo studio.
Giappone e Germania sono paesi molto attivi nella ricerca sui maglev e hanno prodotto degli approcci differenti al problema. In un progetto il treno levita grazie alla forza repulsiva dello stesso polo magnetico e si muove grazie alla forza attrattiva che si sviluppa tra due poli opposti. Il treno è mosso da un motore lineare posto nel tracciato o nel treno (o in entrambi). Gli induttori magnetici di grandi dimensioni sono installati nel tracciato e questi generano il campo magnetico necessario a sostenere il treno e a farlo muovere.
Magneti fissi basati su elettromagneti o magneti permanenti sarebbero instabili per il teorema di Earnshaw. D'altra parte magneti diamagnetici e a superconduttori non possono mantenere stabile un maglev. Gli attuali sistemi maglev sono stabilizzati da elettromagneti gestiti elettronicamente. Questi grandi elettromagneti sono molto pesanti e richiedono elevate quantità di corrente elettrica.
Il peso di un grande elettromagnete è una componente importante di un progetto per un maglev. Un campo magnetico molto intenso è necessario per far levitare un pesante treno e la ricerca convenzionale sui maglev punta ad utilizzare superconduttori per realizzare elettromagneti efficienti.
Gli effetti di un intenso campo magnetico sul corpo umano sono in gran parte sconosciuti. Per la sicurezza dei passeggeri potrebbe essere necessario aggiungere degli schermi contro i campi magnetici. L'idea è semplice ma la progettazione dal punto di vista ingegneristico è molto complessa.
Un nuovo sistema forse più economico dei sistemi convenzionali è chiamato inductrack. Questa tecnologia si basa sull'utilizzo di elettromagneti non alimentati (passivi) e di magneti permanenti. La teoria si basa sull'utilizzo delle correnti indotte dai magneti permanenti negli elettromagneti quando questi attraversano le linee di forma prodotte dai magneti permanenti. Questa tecnologia necessita di corrente solamente durante il movimento del mezzo e la quantità necessaria è direttamente proporzionale alla velocità del mezzo. Nel prototipo i magneti permanenti erano montati sul carrello orizzontalmente per l'altezza e verticalmente per la stabilità. I magneti e il carrello non sono alimentati se non per dare velocità al carrello. Inductrack venne sviluppato originariamente per creare un motore magnetico che immagazzini energia attraverso il movimento del carrello. Con delle leggere modifiche al progetto la linea originale che era un cerchio chiuso è stata estesa per diventare una retta. L'inductrack è stato sviluppato dal fisico Richard Post del Lawrence Livermore National Laboratory.
L'inductrack utilizza degli Array Halbach per stabilizzarsi. Gli Array Halbach sono un insieme di magneti permanenti che stabilizzano il movimento nelle linee di forza magnetiche senza bisogno di elettronica, questi elementi infatti incrementano il campo magnetico da un lato cancellandone la presenza dal lato opposto. Gli Array Halbach vennero sviluppati originariamente per stabilizzare il fascio degli acceleratori di particelle. Inoltre generano un campo magnetico solo dal lato rivolto verso la pista riducendo i potenziali effetti indesiderati subiti dai passeggeri.
Attualmente molte agenzie spaziali, tra le quali la NASA stanno effettuando ricerche sui maglev per sviluppare un metodo economico di lanciatore spaziale. Le agenzie spaziali vorrebbero sviluppare dei maglev talmente veloci da superare la velocità di fuga terrestre. Utilizzare un maglev per accelerare un carrello permetterebbe di utilizzare piccoli razzi per raggiungere l'orbita. L'attrito dell'aria rende difficile realizzare un maglev che possa entrare in orbita senza utilizzo di razzi a meno di costruire la piattaforma di lancio su una montagna molto elevata come le montagne della catena dell'Himalaya.

Maglev esistenti

A Berlino la società M-Bahn ha costruito negli anni '80 un maglev da 1,6 km che collegava tre stazioni U-Bahn (metro). Il test con traffico passeggeri partì nell'agosto 1989 e il servizio regolare nel giugno 1991. Dato che il traffico dei passeggeri si modificò dopo la caduta del muro di Barlino la linea venne dismessa nel febbraio del 1992, smantellata e sostituita da una linea di metropolitana normale.
Il primo sistema commerciale automatico basato su maglev a bassa velocità fu quello sviluppato per collegare l'aeroporto internazionale di Birmingham con la stazione ferroviaria internazionale di Birmingham operativo tra il 1984 e il 1995. Il tracciato era lungo 600 metri e il treno era sospeso a 15 millimetri dalle rotaie. Ha funzionato per undici anni ma l'obsolescenza dell' elettronica ha reso il sistema non sicuro e quindi è stato sostituito da un sistema convenzionale.
Transrapid è una compagnia tedesca che ha sviluppato una linea di test a Emsland e ha costruito la prima linea commerciale ad alta velocità di maglev, la Shanghai Maglev Train a Shanghai in Cina nel 2002. Questa linea collega l'aeroporto internazionale di Shanghai, situato a Pudong, con la città. La linea è lunga 30 km e la massima velocità mai raggiunta è di 501 km/h.
Il Giappone ha testato nella prefettura di Yamanashi un treno maglev che ha raggiunto la velocità di 581 km/h, la maggior velocità mai raggiunta su binario. Il treno utilizza magneti superconduttori e sospensioni elettrodinamiche. Al contrario il Transrapid utilizza convenzionali elettromagneti e sospensioni elettromagnetiche di tipo attrattivo. Il "Superconducting Maglev Shinkansen" sviluppato dalla Central Japan Railway Co. ("JR Central") e Kawasaki Heavy Industries è attualmente il treno più veloce del mondo. Se la proposta del Chuo Shinkansen verrà approvata, Tokyo e Osaka verranno collegate dal maglev e il tracciato di test entrerà a far parte della linea.
Il primo sistema commerciale di maglev urbano è diventato operativo in Giappone nel marzo 2005. Questo sistema è formato di nove stazioni lungo un tracciato di 8,9 chilometri della linea Tobu-Kyuryo conosciuta anche come Nagoya East Hill Line. La linea ha un raggio operativo minimo di 75 metri e una inclinazione di 6°. Il motore lineare a levitazione magnetica ha una velocità massima di 100 km/h. Quella linea serve alla popolazione locale per raggiungere l'Expo 2005. Il treno è stato sviluppato dalla Chubu HSST Development Corporation che ha collaborato anche al tracciato di test a Nagoya. Un maglev urbano simile a quello giapponese è stato presentato in Corea e la versione coreana si chiama Rotem.
Negli USA la Federal Transit Administration ha avviato il Urban Maglev Technology Demonstration program. Il programma ha lo scopo di progettare maglev a bassa velocità per utilizzo cittadino ed inizialmente è stata valutata la tecnologia della HSST. La FTA ha finanziato la General Atomics e la California University of Pennsylvania per lo sviluppo di una nuova generazione di maglev, il MagneMotion M3 e il Maglev2000 of Florida, entrambi basati su superconduttori EDS. Un altro progetto per un maglev urbano è il LEVX sviluppato nello Stato di Washington, il Magplane sviluppato nel Massachusetts, e il progetto simile al sistema della HSST sviluppato dalla American Maglev Technology of Florida e dalla Old Dominion University in Virginia.
Il 31 dicembre 2000 il primo superconduttore ad alte temperature per maglev è stato testato con successo nella Southwest Jiaotong University, di Chengdu, in Cina. Il sistema si basa su superconduttori ad alta temperatura che vengono fatti levitare su magnenti permanenti. Il carico era di 530 chilogrammi e la distanza dai magneti era di 20 millimetri. Il sistema utilizzava azoto liquido, un refrigerante molto economico per i superconduttori.
Il primo brevetto per la levitazione magnetica dei treni con un motore lineare è il US patent 3,470,828, rilasciato nell'ottobre del 1969 a James R. Powell e Gordon T. Danby. La tecnologia utilizzata è stata inventata da Eric Laithwaite, e descritta nel "Proceedings of the Institution of Electrical Engineers", vol. 112, 1965, pp. 2361-2375, con il titolo di "Electromagnetic Levitation" (levitazione magnetica). Laithwaite brevettò il motore lineare nel 1948.


Il Maglev in aeroporto	Cartelli pubblicitari del Maglev	Med in aeroporto	la velocità massima, 431 Km/h
IL TRENO MAGLEV Un super sistema di trasporto ad alta velocità con un sistema di conduzione non aderente che sia indipendente dalle forze di frizione ruota-rotaia è stato un sogno di vecchia data degli ingegneri delle ferrovie. Il Maglev, una combinazione di magneti superconduttori e di tecnologia di motore lineare, realizza una corsa ad alta velocità in sicurezza, affidabilità, a basso impatto ambientale e minima manutenzione. Un treno a levitazione magnetica o maglev è un tipo di treno che viaggia sospeso in aria su una rotaia grazie alla repulsione magnetica. La repulsione e l'attrazione magnetica vengono utilizzate anche come mezzo di locomozione. Essendo il treno sospeso in aria non ha un reale contatto con la rotaia e quindi l'unica forza che si oppone al moto del treno è quella dovuta all'attrito con l'aria. Di conseguenza il maglev è in grado di viaggiare a velocità elevatissime con un consumo di energia ragionevole e un livello di rumore accettabile (alcuni sistemi proposti sono in grado di viaggiare a 650 km/h, una velocità comparabile a quella del trasporto aereo). Sebbene la velocità del maglev permetterebbe a questa tipologia di treno di competere con il trasporto aereo anche nei lunghi percorsi, l'elevato costo per la realizzazione delle infrastrutture ne ha limitato attualmente l'utilizzo a brevi tratte molto frequentate. L'unica applicazione commerciale pratica odierna si trova a Shanghai dove una linea a maglev collega la città con l'aeroporto Pudong. Il prezzo standard per un viaggio di andata è di 50 RMB (Rembimbi). Mostrando il biglietto aereo allo sportello il prezzo si riduce a 40 RMB. Il prezzo è ragionevole visto che un taxi costa dagli 80 ai 100 RMB per la stessa distanza. In autobus si spende 18 RMB, ma si impiega 40 minuti circa. Il maglev impiega solo 7’21” a coprire la distanza di 30 Km. ad una velocità massima di 431 Km/h, ed una velocità media di 250 Km/h. Il treno è attivo dal 29 marzo 2004, ed opera dalle 8.30 alle 17.30 con un intervallo di 20’. Il costo per la costruzione della linea speciale per il maglev è stato di 50 milioni di dollari a chilometro, una cifra spropositata, e probabilmente non basterà la vita stessa di operatività del treno per ammortizzare la cifra spesa. Altre implementazioni del maglev sono attualmente allo studio. Giappone e Germania sono paesi molto attivi nella ricerca sui maglev e hanno prodotto degli approcci differenti al problema. In un progetto il treno levita grazie alla forza repulsiva dello stesso polo magnetico e si muove grazie alla forza attrattiva che si sviluppa tra due poli opposti. Il treno è mosso da un motore lineare posto nel tracciato o nel treno (o in entrambi). Gli induttori magnetici di grandi dimensioni sono installati nel tracciato e questi generano il campo magnetico necessario a sostenere il treno e a farlo muovere. Magneti fissi basati su elettromagneti o magneti permanenti sarebbero instabili per il teorema di Earnshaw. D'altra parte magneti diamagnetici e a superconduttori non possono mantenere stabile un maglev. Gli attuali sistemi maglev sono stabilizzati da elettromagneti gestiti elettronicamente. Questi grandi elettromagneti sono molto pesanti e richiedono elevate quantità di corrente elettrica. Il peso di un grande elettromagnete è una componente importante di un progetto per un maglev. Un campo magnetico molto intenso è necessario per far levitare un pesante treno e la ricerca convenzionale sui maglev punta ad utilizzare superconduttori per realizzare elettromagneti efficienti. Gli effetti di un intenso campo magnetico sul corpo umano sono in gran parte sconosciuti. Per la sicurezza dei passeggeri potrebbe essere necessario aggiungere degli schermi contro i campi magnetici. L'idea è semplice ma la progettazione dal punto di vista ingegneristico è molto complessa. Un nuovo sistema forse più economico dei sistemi convenzionali è chiamato inductrack. Questa tecnologia si basa sull'utilizzo di elettromagneti non alimentati (passivi) e di magneti permanenti. La teoria si basa sull'utilizzo delle correnti indotte dai magneti permanenti negli elettromagneti quando questi attraversano le linee di forma prodotte dai magneti permanenti. Questa tecnologia necessita di corrente solamente durante il movimento del mezzo e la quantità necessaria è direttamente proporzionale alla velocità del mezzo. Nel prototipo i magneti permanenti erano montati sul carrello orizzontalmente per l'altezza e verticalmente per la stabilità. I magneti e il carrello non sono alimentati se non per dare velocità al carrello. Inductrack venne sviluppato originariamente per creare un motore magnetico che immagazzini energia attraverso il movimento del carrello. Con delle leggere modifiche al progetto la linea originale che era un cerchio chiuso è stata estesa per diventare una retta. L'inductrack è stato sviluppato dal fisico Richard Post del Lawrence Livermore National Laboratory. L'inductrack utilizza degli Array Halbach per stabilizzarsi. Gli Array Halbach sono un insieme di magneti permanenti che stabilizzano il movimento nelle linee di forza magnetiche senza bisogno di elettronica, questi elementi infatti incrementano il campo magnetico da un lato cancellandone la presenza dal lato opposto. Gli Array Halbach vennero sviluppati originariamente per stabilizzare il fascio degli acceleratori di particelle. Inoltre generano un campo magnetico solo dal lato rivolto verso la pista riducendo i potenziali effetti indesiderati subiti dai passeggeri. Attualmente molte agenzie spaziali, tra le quali la NASA stanno effettuando ricerche sui maglev per sviluppare un metodo economico di lanciatore spaziale. Le agenzie spaziali vorrebbero sviluppare dei maglev talmente veloci da superare la velocità di fuga terrestre. Utilizzare un maglev per accelerare un carrello permetterebbe di utilizzare piccoli razzi per raggiungere l'orbita. L'attrito dell'aria rende difficile realizzare un maglev che possa entrare in orbita senza utilizzo di razzi a meno di costruire la piattaforma di lancio su una montagna molto elevata come le montagne della catena dell'Himalaya. Maglev esistenti A Berlino la società M-Bahn ha costruito negli anni '80 un maglev da 1,6 km che collegava tre stazioni U-Bahn (metro). Il test con traffico passeggeri partì nell'agosto 1989 e il servizio regolare nel giugno 1991. Dato che il traffico dei passeggeri si modificò dopo la caduta del muro di Barlino la linea venne dismessa nel febbraio del 1992, smantellata e sostituita da una linea di metropolitana normale. Il primo sistema commerciale automatico basato su maglev a bassa velocità fu quello sviluppato per collegare l'aeroporto internazionale di Birmingham con la stazione ferroviaria internazionale di Birmingham operativo tra il 1984 e il 1995. Il tracciato era lungo 600 metri e il treno era sospeso a 15 millimetri dalle rotaie. Ha funzionato per undici anni ma l'obsolescenza dell' elettronica ha reso il sistema non sicuro e quindi è stato sostituito da un sistema convenzionale. Transrapid è una compagnia tedesca che ha sviluppato una linea di test a Emsland e ha costruito la prima linea commerciale ad alta velocità di maglev, la Shanghai Maglev Train a Shanghai in Cina nel 2002. Questa linea collega l'aeroporto internazionale di Shanghai, situato a Pudong, con la città. La linea è lunga 30 km e la massima velocità mai raggiunta è di 501 km/h. Il Giappone ha testato nella prefettura di Yamanashi un treno maglev che ha raggiunto la velocità di 581 km/h, la maggior velocità mai raggiunta su binario. Il treno utilizza magneti superconduttori e sospensioni elettrodinamiche. Al contrario il Transrapid utilizza convenzionali elettromagneti e sospensioni elettromagnetiche di tipo attrattivo. Il "Superconducting Maglev Shinkansen" sviluppato dalla Central Japan Railway Co. ("JR Central") e Kawasaki Heavy Industries è attualmente il treno più veloce del mondo. Se la proposta del Chuo Shinkansen verrà approvata, Tokyo e Osaka verranno collegate dal maglev e il tracciato di test entrerà a far parte della linea. Il primo sistema commerciale di maglev urbano è diventato operativo in Giappone nel marzo 2005. Questo sistema è formato di nove stazioni lungo un tracciato di 8,9 chilometri della linea Tobu-Kyuryo conosciuta anche come Nagoya East Hill Line. La linea ha un raggio operativo minimo di 75 metri e una inclinazione di 6°. Il motore lineare a levitazione magnetica ha una velocità massima di 100 km/h. Quella linea serve alla popolazione locale per raggiungere l'Expo 2005. Il treno è stato sviluppato dalla Chubu HSST Development Corporation che ha collaborato anche al tracciato di test a Nagoya. Un maglev urbano simile a quello giapponese è stato presentato in Corea e la versione coreana si chiama Rotem. Negli USA la Federal Transit Administration ha avviato il Urban Maglev Technology Demonstration program. Il programma ha lo scopo di progettare maglev a bassa velocità per utilizzo cittadino ed inizialmente è stata valutata la tecnologia della HSST. La FTA ha finanziato la General Atomics e la California University of Pennsylvania per lo sviluppo di una nuova generazione di maglev, il MagneMotion M3 e il Maglev2000 of Florida, entrambi basati su superconduttori EDS. Un altro progetto per un maglev urbano è il LEVX sviluppato nello Stato di Washington, il Magplane sviluppato nel Massachusetts, e il progetto simile al sistema della HSST sviluppato dalla American Maglev Technology of Florida e dalla Old Dominion University in Virginia. Il 31 dicembre 2000 il primo superconduttore ad alte temperature per maglev è stato testato con successo nella Southwest Jiaotong University, di Chengdu, in Cina. Il sistema si basa su superconduttori ad alta temperatura che vengono fatti levitare su magnenti permanenti. Il carico era di 530 chilogrammi e la distanza dai magneti era di 20 millimetri. Il sistema utilizzava azoto liquido, un refrigerante molto economico per i superconduttori. Il primo brevetto per la levitazione magnetica dei treni con un motore lineare è il US patent 3,470,828, rilasciato nell'ottobre del 1969 a James R. Powell e Gordon T. Danby. La tecnologia utilizzata è stata inventata da Eric Laithwaite, e descritta nel "Proceedings of the Institution of Electrical Engineers", vol. 112, 1965, pp. 2361-2375, con il titolo di "Electromagnetic Levitation" (levitazione magnetica). Laithwaite brevettò il motore lineare nel 1948.