¿Será el Hyperloop el transporte del futuro?

¿Qué pensarías si te dijera que tengo el secreto de un medio de transporte más rápido que el avión, más barato que el tren y que genera más energía de la que consume? ¿Y si además te dijera que no tengo tiempo para desarrollarlo, así que lo voy a hacer público para que todo el mundo pueda utilizarlo?

Pues bien, eso es lo que ha hecho el multimillonario Elon Musk, quien, por hacernos una idea, vendría a ser lo más parecido que existe a Tony Stark en el mundo en el que vivimos.


“¿Hyperloop? That’s cute.”

Musk entró en el hall de la fama y la fortuna como co-fundador de PayPal, a raíz de la adquisición de la plataforma de pagos por parte de eBay. Después de eso, dio el salto a dos sectores muy diferentes con la creación de SpaceX, la empresa que desarrolló las cápsulas Dragon que se encargan del avituallamiento de la Estación Espacial Internacional desde que la NASA jubilara su flota de transbordadores, y Tesla Motors, compañía que diseña y fabrica coches eléctricos de gama alta. Musk es también el ideólogo detrás de SolarCity, uno de los principales proveedores de servicios de energía solar de EEUU. Las empresas creadas por el millonario han producido ya avances en campos muy diversos. Ahora publica esta idea, el Hyperloop, en modo open source. Lo ha hecho como crítica a la línea de alta velocidad proyectada entre San Francisco y Los Angeles, en un pdf de 58 páginas que ha titulado Hyperloop Alpha y que puede descargarse gratuitamente desde la página web de Tesla Motors. Pero si, al contrario que yo, sois gente normal y os da flojera leer 58 páginas de descripción técnica, no os preocupéis: a continuación os destripo sus partes más importantes en este análisis personal.

Empecemos poniéndonos en antecedentes: con un tren de alta velocidad convencional –como el AVE, el TGV o el Shinkansen–, es difícil ir mucho más allá de los 300-400 km/h. El rozamiento entre la rueda y el carril se opone al movimiento y pronto el gasto de energía se hace prohibitivo. Si se quieren obtener velocidades superiores es necesario separarse del suelo. Hasta ahora, el método más utilizado y en el que todo el mundo tenía puestas sus esperanzas era la levitación magnética.

Había, pero, un par de problemas todavía sin resolver.

En primer lugar, está el aire. El aire produce dos efectos muy negativos. En primer lugar, el rozamiento fluido o drag. Cuando un cuerpo se mueve por un medio gaseoso, como es la atmósfera, tiene que ir “apartando” las moléculas de gas que ocupan todo el espacio disponible. Esto produce una resistencia al avance, que aumenta con el cuadrado de la velocidad. Un diseño aerodinámico reduce esta resistencia, pero, a medida que la velocidad aumenta, incluso con la forma más aerodinámica posible tendremos una resistencia que irá creciendo vertiginosamente. Así, aún sin tocar el suelo es difícil llegar a velocidades de más de de 500-600 km/h. Los aviones comerciales, que se mueven alrededor de los 1.000 km/h, resuelven este problema elevándose hasta alturas de 5.000-10.000 m, donde la atmósfera se enrarece y la densidad del aire es mucho menor. Así, al haber menos moléculas que apartar, la resistencia al avance es mucho más pequeña y el gasto energético queda bajo control.

El segundo efecto tiene mucho que ver con el primero: tenemos nuestro tren que debe avanzar a través del aire. ¿Qué ocurre cuando nos encontramos un túnel? Cuando el tren penetra en el túnel, empuja las moléculas que quedan en su cabeza. En el túnel, pero, el aire no puede moverse libremente, ya que choca con las paredes del mismo. El aire así atrapado sólo puede salir por el espacio que queda entre el tren y la boca del túnel o bien empujando todo el aire que hay más atrás, obligándole a salir por el otro extremo. Esto produce, en el momento de la entrada, un pico de presión que, a grandes velocidades y para túneles estrechos, podría llegar a ser peligroso. Aún suponiendo que diseñáramos los vehículos para resistir el pico que se produce en el momento de la entrada, el tren avanzando por dentro del túnel tiene que desplazar una gran masa de aire en un espacio confinado, lo que causa un aumento de la presión y, por tanto, de la resistencia al avance. En un caso extremo, el aire no puede desguazarse por el espacio que queda entre el vehículo y las paredes del túnel y el tren tiene que avanzar empujando toda la masa de aire contenida en túnel, como si fuera el émbolo de una jeringuilla. Esto se conoce como el Límite de Kantrowitz pero, para aclararnos, lo llamaremos el “efecto jeringuilla”.

Difícilmente podremos circular a velocidades altas si empleamos toda nuestra energía en mover aire inútilmente. Hasta ahora, eso se ha resuelto sobredimensionando exageradamente el tamaño de los túneles, para dar espacio al aire para salir sin que la presión aumente demasiado. No hace falta decir que una solución así es de todo menos económica y sostenible.

Desde hace un tiempo, vienen sugiriéndose como alternativa los tubos de vacío. Esto exigiría un tren presurizado que viajara por el interior de un tubo hermético en el que, mediante bombas de succión, se eliminara todo el aire. El tubo tendría que extenderse a lo largo de toda la vía y el acceso desde el túnel a las estaciones se realizaría a través de dobles esclusas estancas, como las compuertas de las naves espaciales. Incluso así, el precio del sistema sería significativamente menor que el de una vía convencional con los túneles sobredimensionados para velocidades realmente altas. Sin embargo, el vacío sigue siendo caro y difícil de mantener, aunque, en teoría, puede permitir velocidades de hasta 6.000 km/h.

“Caro y difícil de mantener” es, además, el segundo gran problema de la levitación magnética. Tanto la infraestructura de la vía, que debe ir forrada de electroimanes, como la energía necesaria para hacerlos funcionar tienen un coste prohibitivo, que hasta el momento han limitado el desarrollo de esta tecnología.

De manera que tenemos un sistema de transporte carísimo que, si queremos que vaya realmente rápido, tenemos que meter en tubos de vacío que resultan ser tanto o más costosos que el propio transporte. No parece muy sostenible. En este sentido, el Hyperloop se presenta como una alternativa que viene a resolver estos grandes problemas. Y lo hace de una forma sencilla y elegante.


Concept art del Hyperloop

¿Que el aire se acumula en la parte frontal del convoy, dificultando su avance? La respuesta de Musk es sencilla: movámoslo. Musk propone hacer esto con trenes equipados con una gran entrada de aire en su morro y un compresor que lo evacue hacia la parte trasera. Además, con este aire se puede hacer una cosa muy interesante: sustentarse.

El concepto de colchón de aire data de tan atrás como 1716, aunque no encontraría aplicación práctica hasta que, en 1937, el ingeniero finés Toivo Kaario construyera el primer prototipo de hovercraft.

Así de simple. Cogemos este aire que nos molesta en la cabeza del tren y lo movemos hacia un lugar en el que nos es útil: debajo del mismo. Esto nos permite elevarnos sin necesidad de electroimanes y con un gasto de energía mucho menor. El aire que sobra simplemente se evacua hacia atrás, donde ni nos sirve ni nos estorba. Así, resolvemos dos problemas en uno, el “efecto jeringuilla” y la necesidad de encontrar un modo barato de separarnos del suelo.

Esquema de funcionamiento del hovercraft. En lugar de usar campos magnéticos, el hovercraft “levita” por reacción, dirigiendo un chorro de aire contra el suelo.

Por supuesto, si eso se hiciera en un túnel convencional, ningún compresor existente bastaría para desguazar el enorme volumen de aire que se requeriría. Como solución, Musk propone la utilización de un túnel de baja presión. El túnel de baja presión es esencialmente parecido al túnel de vacío, sólo que no requiere que se evacue todo el aire. El diseño del Hyperloop prevé un túnel presurizado a 100 Pa, aproximadamente una milésima parte de la presión atmosférica, o la densidad del aire a 50 km de altura. ¿Por qué 100 Pa? Experimentalmente, se comprueba que alrededor de esta presión se produce un punto de inflexión en el rendimiento de las bombas: mientras que evacuar aire a presiones mayores es relativamente fácil, si descendemos por debajo de este punto cada vez cuesta más y más energía bombear el poco aire que queda disperso en el interior del túnel. Ésta es la principal razón de que el vacío sea tan caro y complicado no sólo de alcanzar, sino también de mantener. Así pues, “conformándonos” con una baja presión en lugar de vacío, reducimos enormemente el coste tanto de construcción como de operación del sistema.

Esto tiene un pequeño efecto negativo: la velocidad máxima debe fijarse en poco más de 1200 km/h. ¿Por qué? Más allá de esta velocidad, topamos con la llamada “barrera del sonido“, que se produce al superar la velocidad de propagación del sonido (unos 1235 km/h para el aire en condiciones atmosféricas). La onda de choque generada al “romper la barrera” en el interior de un tubo metálico que haga las veces de campana de resonancia es una perspectiva que no entusiasma a nadie. La llamada “barrera del sonido” sólo puede darse en presencia de aire u otro medio que transmita el sonido, razón por la que un maglev en un tubo de vacío podría superar esta velocidad sin peligro.

Pero 1200 km/h es una velocidad más que suficiente. Es superior, recordemos, a la velocidad de crucero de los aviones comerciales actuales. Además, puede alcanzarse en significativamente menos tiempo de lo que requiere un avión para elevarse y descender. Teniendo en cuenta la aceleración y la desaceleración, permitirían cubrir los 550 km que hay entre Los Angeles y San Francisco (o entre Madrid y Barcelona) en apenas media hora. Comparémoslo con la hora y 15 minutos que dura el vuelo, las 2 h 38 min que se prevén para el tren de alta velocidad o las 5 horas y media necesarias para hacer el viaje en coche, según datos del propio Musk.

Respecto al balance de energía positivo (generar más energía de la que consume), éste es el punto que menos me convence. El razonamiento de Musk es la mar de sencillo: si una línea ocupa una superficie X y la cubrimos, en su parte superior, de paneles solares, la energía que generará esta superficie de paneles es mayor de la que se necesita para operar la línea en cuestión. Hasta ahí bien. Pero –¡ah, amigo Musk!– no es el Hyperloop lo que genera esa energía, sino los paneles solares que le pones encima. Y no los has contado a la hora de calcular el precio. Picarón.

Obviamente, las críticas no se han hecho esperar. Y, en su mayoría, no aluden al propio principio físico del Hypeloop, sino al excesivo optimismo en cuanto a calcular el coste económico. Mientras el millonario prevé que una hipotética linea entre Los Angeles y San Francisco costara 6.000 millones de dólares, Michael Anderson, profesor de Economía en Berkeley, critica que no se tenga en cuenta el coste de expropiar el terreno y sitúa la cifra en unos 100.000 millones. Como referencia, la línea de tren de alta velocidad proyectada entre estas dos ciudades tiene un presupuesto de 70.000 millones de dólares.

En todo caso, el debate sobre la linea San Francisco los Angeles es estéril. La línea convencional, con una velocidad media prevista de 270 km/h, ya está aprobada y pronto empezará a construirse. Y no hay modo de que el desarrollo del Hyperloop avance a la velocidad suficiente como para constituir una alternativa seria.

A mi modo de verlo, lo importante del concepto del Hyperloop no es el precio, ni su diseño, ni la expectación mediática creada por un millonario creativo que “olvida” incluir en el presupuesto partidas tan costosas como la expropiación de terrenos o los paneles fotovoltaicos. No. Lo que importa son las ideas que introduce, que se resumen en dos avances esenciales:

– El abandono del tubo de vacío en favor del tubo de baja presión.
– El compresor en cabeza de tren, que puede utilizarse tanto para reducir el “efecto jeringuilla” como para crear un colchón de aire sobre el que sustentar la lanzadera, sin necesidad de levitación magnética.

Y eso es de lo que deberíamos estar hablando. Tal vez el transporte del futuro tarde aún varias décadas en llegar; tal vez no se llame Hyperloop; pero no me cabe ninguna duda de que deberá apoyarse en estos dos principios.


Concept art del Hyperloop circulando por un túnel de baja presión

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