Los retos tecnológicos de convertir el Hyperloop en un medio de transporte viable

Vicente Dolz Ruiz, Universitat Politècnica de València

El concepto de un medio de transporte que levite dentro de un tubo en el que previamente se ha hecho el vacío tiene ya más de un siglo. En 1903, el ruso Boris Weinberg propuso la construcción de un medio de transporte en el que una especie de ataúdes individuales levitantes transportaban a los pasajeros por el interior de canales.

Sistema de transporte diseñado por Weinberg.
Boris Weinberg/Popular Science/Wikimedia

Aunque el invento fue estudiado en el pasado, especialmente en los años 60, se concluyó que la tecnología disponible no era suficiente para hacer de esta idea un medio de transporte viable a gran escala. Pero si esto es así ¿por qué nos seguimos planteando hoy las posibilidades del Hyperloop?

La idea retorna al imaginario colectivo en el 2013 cuando Elon Musk, cofundador de las empresas Tesla Motors y SpaceX, la retomó y bautizó a este de medio de transporte como Hyperloop. En el documento Hyperloop Alpha, publicado por sus compañías, se esbozaban unos números generales sobre esta tecnología y se animaba a la comunidad internacional a aceptar el reto de evaluar de nuevo la viabilidad del proyecto.

El desarrollo de este concepto futurista como solución a los problemas de transporte de los Estados Unidos tuvo gran acogida en el equipo de la segunda legislatura de Barack Obama. En pocos años, varios consorcios privados recogieron el guante y retomaron el estudio de un medio transporte de masas que promete la velocidad del avión, la funcionalidad del ferrocarril y el coste de operación del barco.

El aumento de su popularidad ha tenido gran repercusión en la prensa a nivel internacional, que ha visto en este concepto una de las promesas incumplidas de las películas clásicas de ciencia ficción.

Tan rápido como un avión

En líneas generales, la idea consiste en desplazar unas cabinas levitantes dentro de un tubo en el que se ha hecho un vacío parcial, quitando el aire de su interior. En estas condiciones se podrían eludir las principales fuerzas que se oponen al movimiento de un vehículo: se evitarían tanto el rozamiento de rodadura con el raíl o la carretera como la fricción con el aire. De esta forma, la resistencia al avance del vehículo sería prácticamente nula y, en teoría, se podrían alcanzar velocidades de hasta 1000 km/h con reducidos costes de operación.

Los habitáculos comunicarían grandes ciudades, como Madrid y Barcelona, en poco más de media hora. La infraestructura sería similar a la de los trenes de alta velocidad, con estaciones en los centros urbanos. Pero en lugar de vagones, habría cápsulas con capacidad para unas 20 personas moviéndose por el interior de tubos con frecuencias de paso similares a las de un sistema de metro actual. Es decir, sería como una red de metro gigante a nivel mundial que uniría las grandes metrópolis y nos permitiría viajar a velocidades similares a las de un avión.

Llegados a este punto, cabría cuestionarse lo siguiente: si la idea tiene más de un siglo y presenta tantas ventajas, ¿por qué no podemos aún desplazarnos en Hyperloop hasta nuestro puesto de trabajo ubicado en el centro de una ciudad que está a 600 km de casa?

Esta pregunta y su respuesta son tan antiguas como los medios de transporte. En el siglo I d. C., el ingeniero y matemático griego Herón de Alejandría ya construía pequeñas máquinas de vapor. No obstante, tuvo que llegar la Revolución Industrial y sus desarrollos tecnológicos para que en el siglo XIX comenzara a funcionar la primera locomotora de vapor para el transporte de pasajeros. Conocida como The Rocket, circulaba entre Liverpool y Manchester.

Esto no quiere decir que sean necesarios 18 siglos para pasar de la teoría a la práctica. En 1903, el físico soviético Konstantín Tsiolkovski publicó el primer trabajo serio sobre vuelos espaciales con cohetes y en 1961, el cosmonauta Yuri Gagarin se convirtió el primer humano en orbitar la Tierra a bordo de su nave Vostok 1.

¿Es posible convertir el Hyperloop en una realidad?

En el caso del Hyperloop, aunque la idea no está reñida con la física, es necesario resolver una serie de retos tecnológicos para conseguir que sea un medio de transporte viable a gran escala. Sabemos que no hay límites físicos porque se han testeado diferentes prototipos que mantienen algunas de sus características.

Un ejemplo de este tipo de tecnología son los trenes de levitación magnética o (maglevs). Desde 2015, estos vehículos mantienen el récord absoluto de velocidad de un tren de pasajeros, que ostenta el Shinkansen L0 por llegar a los 603 km/h.

Un tren maglev de la serie L0 en un raíl de pruebas en la prefectura de Yamanashi (Japón).
Maryland GovPics/Wikimedia, CC BY-SA

Otro ejemplo significativo son los trineos cohete, que son cohetes enganchados a raíles utilizados para el ensayo aerodinámico de vehículos supersónicos. En 2003, uno de ellos alcanzó los 10326 km/h (más de ocho veces la velocidad del sonido), la mayor velocidad alcanzada nunca por un vehículo terrestre sobre raíles. Este trineo cohete tenía la particularidad de recorrer los primeros 3 kilómetros del trayecto por el interior de un tubo lleno de helio. Al sustituir el aire por este gas menos denso se minimizaba el rozamiento con el entorno, una idea similar a la de hacer el vacío en el Hyperloop.

No obstante, las altas velocidades conseguidas en estos casos se alcanzan asumiendo unos costes energéticos, de construcción y de mantenimiento muy elevados que hacen inviable a gran escala este tipo de soluciones. Para resolver estos problemas, se debe dar respuesta a cuatro grandes retos tecnológicos:

• El primero es cómo hacer un sellado eficiente en estos tubos de unos 600 km de longitud y mantener condiciones de vacío, sin tener que estar constantemente bombeando fuera el aire que se filtra al interior del tubo. La solución debe ser similar a la que se utiliza actualmente en los oleoductos a presión. Aunque, en el caso del Hyperloop, el interior del conducto se encontrará en depresión y la calidad del vacío dependerá en gran medida del desarrollo de esta tecnología.

• Como la calidad del vacío no será perfecta (quedará algo de aire dentro del tubo), el segundo reto consiste en atrapar el aire que desplaza la cápsula al moverse para comprimirlo y expulsarlo hacia atrás. Se evitaría así su acumulación delante de la cápsula, ya que podría frenarla. Otra opción sería diseñar cabinas cuya sección frontal no obstruya completamente el tubo y optimizar su diseño aerodinámico para las condiciones de semivacío en el tubo, buscando minimizar la resistencia al avance.

• El tercer reto es el de diseñar y construir un sistema de levitación eficiente, que permita controlar de forma segura la cápsula a las altas velocidades a las que se desplazará y con un consumo energético mínimo. En el caso de los maglevs japoneses, los raíles están conformados por bobinas que se activan al paso del tren haciéndolo levitar.

Esto dispara el coste de construcción y mantenimiento de la vía a valores cercanos a los 100 millones de euros por kilómetro, haciendo inviable esta tecnología a gran escala. Otra posible solución es la de montar estas bobinas en el vehículo, reduciendo drásticamente el coste de la infraestructura, aunque se complicaría así el control del sistema de levitación.

• Por último, el cuarto reto consiste en resolver todos los problemas de fiabilidad y seguridad en los tubos sellados, de difícil acceso y donde se ha quitado el aire. En este caso, todo lo referente a la seguridad estaría muy relacionado con los aviones. En los dos casos se viaja en una cabina presurizada donde la baja presión del aire en el exterior hace que no se pueda respirar si se despresuriza. Por eso son necesarios sistemas muy fiables: un fallo crítico en el vehículo obliga a buscar rápidamente un aeropuerto o zona presurizable donde se puedan evacuar a los pasajeros.

Proyectos pioneros también en España

En la actualidad, varias empresas están estudiando la viabilidad de la propuesta. Algunos ejemplos son Hyperloop One e Hyperloop Transportation Technologies en Estados Unidos, Transpod en Canadá, Zeleros en España y Hardt en Holanda. Estas compañías están construyendo pistas de pruebas y buscando el apoyo de países y ciudades de todo el mundo para poder desarrollar sus prototipos.

En el caso de España, Zeleros se enfrenta este 2019 al reto de construir un tubo de pruebas de 2 km en Sagunto. Allí se podrán ver en los próximos años los primeros prototipos y diseños que tratarán de dar respuesta a los grandes retos anteriormente planteados.

En paralelo, desde 2016, SpaceX lanza todos los años un concurso entre universidades de todo el mundo para diseñar, construir y testear prototipos. El equipo de Hyperloop UPV de la Universitat Politècnica de València viene presentándose a este certamen desde el primer año.

Concepto de Hyperloop del equipo de la UPV ganador del concurso de SpaceX en el 2016.
Carherpi/Wikimedia, CC BY-SA

En la primera convocatoria, el equipo ganó el premio a mejor diseño de concepto. En las siguientes, cuando se tenían que probar los diferentes prototipos, se ha posicionado entre los 10 mejores grupos universitarios de entre los más de 300 que se presentan. El presente año, el equipo tiene ya confirmada una plaza entre los 30 que disputarán la final este verano en Los Ángeles.

En las últimas décadas, ha habido importantes avances en materiales y tecnologías de fabricación que permiten sellados y niveles de vacío a un coste mucho menor. También se ha mejorado de forma significativa en la construcción de imanes de alta eficiencia y aceros con propiedades magnéticas mejoradas.

La evolución de la electrónica nos permite en la actualidad controlar de forma mucho más eficiente y rápida las comunicaciones, la levitación y la propulsión de este medio de transporte. Estos avances nos obligan a plantearnos de nuevo su viabilidad y nos permiten soñar con poder ver algún día la The Rocket o el Vostok 1 de los hyperloops.

Vicente Dolz Ruiz, Profesor del Departamento de Máquinas y Motores Térmicos y tutor académico del equipo Hyperloop UPV, Universitat Politècnica de València

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.