Ingeniería extrema: Hyperloop

Ayer Elon Musk, creador de Tesla, SpaceX y tantos otros proyectos que admiro, presentó un paper con su propuesta Hyperloop para cambiar radicalmente la forma de transporte de media distancia.



Todo nace de la propuesta aprobada en California para construír un tren de alta velocidad (les suena?) que costará tanto al punto de que Elon Musk se puso a pensar en una alternativa a un 10% del costo.

La solución parece sencilla, un tubo, un enorme tubo a baja presión donde los pasajeros viajen en cápsulas como si fuesen correo como en las viejas empresas que se usaba para enviar papeles de un sector al otro, pero con personas y en un tamaño descomunal.

¿Descabellado? no lo crean, Musk no habla por hablar, ya en su primer presentación hacen no sólo una propuesta inteligente sino un estudio formal con una primera aproximación de costos, diseño y especifiaciones, hasta detalles de circuitos y sistemas, nunca vi algo tan completo para una idea tan futurista ¿o será que estamos hablando del futuro cercano? a continuación los detalles...



Hoy comentaba en otra nota cómo las propuestas de ingeniería imposible deben, al menos, estar acompañadas de algún estudio, algún cálculo serio, soportadas por papeles, las cuentas dicen mucho de la capacidad del ingeniero de proponer algo futurista.

Pues bien, Elon Musk no me defrauda, claro, él ya puso cohetes en el espacio y autos eléctricos en las calles, así que podemos esperar mucho de su empresa y sus ideas, en este caso un hermoso PDF con no sólo dibujitos bonitos, hay estudios del sistema de propulsión, levitación, costos, trayecto y hasta circuitos.

Para empezar hay que explicar de qué se trata Hyperloop.

El problema



El Hyperloop es un sistema entubado para transporte de media distancia, buscando evitar los inconvenientes de los trenes, que deben lidiar con el rozamiento a velocidades altas elevando los costos de manera astronómica cuando se pasa de los 150 km/h. Velocidad insuficiente para un trayecto de 1000km.

Por otra parte ir en automóvil está claro que no mejora nada, transportes chicos, casi individuales, que implican tener que manejar, agotarse, parar a cada rato, riesgo de accidente, riegos de rotura, enorme costo, no sirve para esas distancias aunque sigamos insistiendo porque nos gusta la "libertad" de manejar, minga, si no te gusta la pasás muy mal (yo no soporto más de 500km sin odiarme)

Pero vamos al avión, la única forma de que un avión supere una velocidad que lo transforme en interesante es elevándose mucho, ni hablar de todo el proceso de subirse a un avión, los preparativos previos, etc. Luego de dos o tres horas el avión está en vuelo y hasta que no llega a los 8000 metros en adelante no puede ir demasiado rápido sin que sea caro por el rozamiento con el aire, para los primeros 30 minutos recién se puede ir a una velocidad apreciable, si se trataba de un vuelo corto, apenas lo logra debe comenzar a bajar. Costos elevados.

Entonces, según Elon Musk, lo que estaba faltando era la solución media, a larga distancia el avión, a mediana sin requerimientos de velocidad, el tren, a corta el automóvil y los medios de transporte urbanos, el Hyperloop en media distancia

Para comparar, el motivo original fue la aprobación de la construcción de un tren de alta velocidad entre Los Angeles y San Francisco a un costo estimado de 68.400 millones de dólares (una barbaridad) con una velocidad promedio de 264 km/h en dos horas y 38 minutos, en un vuelo actualmente se tarda 1 hora 15 minutos, en auto unas 5 horas 30 minutos, el ticket promedio es de USD 105, en avión UDSD 158 y en auto USD 115 (con uno que consuma a razón de 30mpg) todo a precios de Septiembre de 2013.

El objetivo aquí es cubrir la misma distancia en 35 minutos con un costo de ticket de unos USD20, ¿es esto posible? sería un ahorro fenomenal, pero ¿cuanto cuesta? ¿cómo es?



Hyperloop



El Hyperloop consta de un circuito despresurizado, vagones con un sistema neumático de suspensión y propulsión, un sistema magnético para aceleración y frenado y energía solar, todo entubado en largos y elevados tubos que harían de trayecto cerrado. Es un loop, es decir, nunca termina el tubo en las "terminales" y estaría constantemente cargando vagones.

La idea de un sistema de baja presión de aire permite elevar las velocidades más allá de la velocidad del sonido al nivel del mar simplemente porque hay muy poco aire en uno de estos tubos, reduciendo el rozamiento.

El poco aire restante se utilizaría para elevar del suelo el vagón contenedor, en vez de utilizar un sistema MAGLEV carísimo, se utiliza el mismo que hay en el tejo de mesa o "Air Hockey", la presión misma de la velocidad y la voracidad del frente del diseño del Hyperloop, en teoría, permitirían esto.

Dentro los pasajeros y detrás (o adelante) las valijas, un viaje que debe manejar las siguientes premisas:

  • Seguro
  • Rápido
  • Bajo Costo
  • Más conveniente
  • Inmune al clime
  • Sustentable y con energía propia
  • Resistente a terremotos
  • Que no arruine nada en su trayecto


El viaje sería en etapas, primero llegando a unos 1220Km/h en su trayecto más rápido y nunca superando los 0.5G para que no resulte incómodo para los pasajeros. En las zonas donde se requiera una curva se irá a unos 480Km/h, en las zonas intermedias a 890Km/h. Vale destacar que la velocidad máxima del Hyperloop es comparable sólo con la del superior Concorde, pero los aviones comerciales rondan los 850-950Km/h una vez que superan los 10.000 metros de altitud.

La aceleración se logra con inductores magnéticos parecidos a los que usan en los motores eléctricos de los autos Tesla pero "achatados" en vez de circulares, con unos pocos de estos cada tantos kilómetros (aprox 100km cada inductor) se puede mantener una velocidad subsónica sin problemas y apenas representa el 1% del trayecto.

Nótese que dije a baja presión y no en vacío. Mantener toda esta tubería en un vacío perfecto sería técnicamente imposible, pero para las bombas industriales actuales, sin necesidad de reinventar la rueda, mantener una baja presión constante es fácilmente alcanzable y con un poco de aire se pueden manejar grandes velocidades. Si se filtra un poquito de aire no será un problema.

La cápsula recorrerá el tubo a una presión de 1/6 la atmosférica, parecida a la de Marte o como si estuviera a 50.000 metros de altitud, de esta manera se evita llegar a la barrera del sonido y las consecuencias e impacto sobre el tubo y la cápsula.



1120Km/h en el tubo corresponderían a Mach 0.91, al frente de la cápsula un compresor tomaría el aire a baja presión, lo comprime y lo envía a los flotadores. Para poder moverse requiere unos 134HP (100kW) con una fuerza de arrastre de 320N, no más de lo que cuesta arrastrar un carrito de supermercado lleno hasta el tope. El peso total del vagón es de unos 3100 kilos con un costo aproximado de USD250.000 por unidad.

También hay propuesta una versión de carga con requerimientos más altos, 285kW, 3500Kg y UDS 275.000 de costo para aprovechar al máximo el Hyperloop no sólo para pasajeros sino para cargas pesadas. El costo total del vagón con motores y todo es de aproximadamente 1.3Millones por unidad.

Cada vagón tiene 1.35m de ancho por 1.1 de alto. Los pasajeros van en una posición semi acostada.

El sistema del compresor toma el 40% del aire (el resto sale hacia atrás) y lo envía hacia abajo, hay un sistema de agua para enfriar este aire a presión, el vapor se libera en las estaciones, y cuenta con un motor eléctrico de 325kW más una batería de 1500Kg que provee 45 minutos de potencia para el compresor.



Estos esquís neumáticos lanzan a presión el aire para elevar como un hovercraft al vagón, las paredes del tubo hacen de contención y se logra la suspensión como si fuese un MAGLEV, no es un principio nuevo, ya hace más de 150 años lo probaron para un transporte similar en New York (Gracias Esteban por el dato)

A baja velocidad estos esquis no funcionan con el aire del compresor así que deben usar sus propios tanques neumáticos para inyectar más presión, en el documento del proyecto se especifican estas particularidades.



El trayecto



El sistema de propulsión es muy bonito, inducción eléctrica pero ¿de donde sale tanta electricidad? del mismo trayecto y éste es lo más importante.



Además California está justo sobre una serie de fallas geológicas magníficas, un terremoto es algo no sólo probable sino seguro. Ahí que el diseño de los pilotes que contienen los tubos estarán diseñados para vibrar y moverse con el terremoto que le toque vivir.

Las secciones de tubo que usen los motores tendrán paneles solares para acumular energía, la idea es que sea sustentable y no requiera demasiada instalación extra de energía, proveerse de la propia suena bonito en el papel pero ahora todo ese sistema generador requiere su propio mantenimiento, ignoro si eso está contemplado.

El trayecto ya está diagramado aunque todavía no es definitivo, se contemplan varios tramos y hasta estaciones intermedias para que las comunidades que viven entre las dos ciudades puedan integrarse al hyperloop, aunque el objetivo principal sigue siendo San Francisco - Los Ángeles.

El sistema es útil para lugares sin excesivos desnvieles y que no requieran curvas cerradas, más allá de eso es adaptable a cualquier otro lugar, de hecho, es el sistema ideal para un trayeco Buenos Aires - Rosario - Córdoba Guiño jeje no se si les suena.



El costo



Antes que nada volvarmos al número que pretende competir, son los 68.400 millones de dólares que el congreso de California aprobó para un tren de alta velocidad, el Hyperloop pretende bajar este costo a un 10% ¿es posible?

A USD 1.35 millones para las cápsulas conformando tanto estructura, sistemas, interiores , sistema de propulsión y todo lleva unos 40 vagones a 54 millones de dólares de costo en "trenes" solamente.

Ahora bien, la mayor parte del costo se va en el trayecto, aquí es donde el dinero se invierte en cantidad, la construcción de los tubos requiere 650 Millones y los pylons unos 2550, en el cálculo estan incluídos unos 1000 millones para el costo del terreno, en total estaría entre 6000 y 7500 millones de dólares, considerando también el sistema para transporte de cargas que hace los vagones más caros.

El consumo anual ronda los 21 MW pero el trayecto permite generar unos 57 MW aprovechando su extensión.

A USD 20 el pasaje (en un solo sentido) se puede amortizar en 20 años considerando unos 7.4 millones de personas usándolo por año, apenas el 11% de lo que costará el tren de alta velocidad.



La posibilidad



El Hyperloop está en etapa de diseño y planificación, todavía no tiene ni una fecha (requiere inversión y aprobación) y ni hay un tramo de prueba construído. La tecnología a utilizar no es nueva pero sí requiere trabajo y mejoras en todo lo que se refiere a sistemas de seguridad, de escape, de propulsión, de frenado, giróscopos, estabilidad, etc.

Está planificado crear un sistema a escala para demostrar el proyecto, pero viendo el avance en tan poco tiempo es realmente de un potencial enorme y, si bien es medio loco, alguien tarde o temprano tenía que proponer algo distinto.

Los MAGLEV me encantan pero son caros por el sistema de levitación magnética que necesitan, en largas distancias se vuelven imposibles, los trenes de alta velocidad también son geniales, pero toda cosa que roce a otra tiende a desgastarse y ser peligrosa, un tubo, como en todas las fantasías de la ciencia ficción, desde los Supersónicos (Jetsons) hasta Futurama, es un sistema tan conocido como sin uso ¿llegará el día del Hyperloop? esperemos que sí, al menos para tener algo interesante que comentar Guiño

El PDF oficial aquí

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Comentarios

  • Fabricio    

    Ayer estaba hablando con un amigo y le decía que el unico obstaculo que yo vería sería en Transport Authority de California. Son de esos que ´si no lo hacemos nosotros no es bueno´. Hace mil años que estan haciendo los subtes en LA. Esto parece ser baratieri asique no se como van a competir con eso.

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  • Que Genial!! habia visto el titular sobre esto en una pagina de la IEEE hace un ratitin...
    Lo que es el primer mundo no? Aqui no tenemos un tren comun y corriente que ande sin problemas... jajaja

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  • Danbat    

    Me parece una evolución elegante y más razonable que el tren subterráneo magnético al vacío de los 70s, ese que pretendía ir a 8.000 Km/h http://en.wikipedia.org/wiki/Vactrain. Igual me parece un poco aventurado pensar que lo implementen en poco tiempo (5-10 años), considerando que es un fuerte salto tecnológico y los funcionarios suelen ser más conservadores cuando se trata de invertir mucho dinero público, en especial cuando algo sale 10 veces más. Si gastaron más de 5.000 millones en un tanque http://en.wikipedia.org/wiki/Bradley_Fighting_Vehicle bien pueden gastar 70.000 millones en un tren.

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  • La verdad que no entendi como usar el tag de enlace ... ponele un preview :P

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  • Cattel    

    Para armar el enlace hay que meter los tags y confiar en que se vea (y no podés ponerle texto, solito pone el genérico "enlace"Guiño. Lo pongo:
    http://www.theonion.com/articles/new-superfast-transport-system-powered-by-passenge,33468/

    (me parece que se cortó el tag de cierre)

    Linda idea y una linda excusa para viajar alguna vez a USA en unas décadas, esto y cuando armen la cúpula geodésica que veía el otro día no me acuerdo en qué ciudad (salvo que queden en bancarrota como les pasa a algunas).

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    • Revisado: 13/08/2013 - 18:40:49
  • Bastante groso el Musk! Una excelente combinacion de tecnologias para de forma optima, el unico detalle seria lo claustrofobico de los vagones, estar encerrado en un tubo de 1.1 metros de alto semiacostado por 30 minutos y viajando a 1000 kmph no es muy tolerable para la mayoria de las personas (SI ya estar dentro de un ascensor por tanto tiempo es incomodo), creo que este es un punto critico, pero para efectos de transporte de cargas es excelente.

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  • hernan    

    Como siempre hay una analogía a todos los temas de actualidad en algún capítulo de los Simpsons. Monorail! Monorail! Hyperlooop hyperlooop!
    http://www.youtube.com/watch?v=QVqVdQYC44Y :D

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  • Quique    

    Dark Dragonx dijo:

    Bastante groso el Musk! Una excelente combinacion de tecnologias para de forma optima, el unico detalle seria lo claustrofobico de los vagones, estar encerrado en un tubo de 1.1 metros de alto semiacostado por 30 minutos y viajando a 1000 kmph no es muy tolerable para la mayoria de las personas (SI ya estar dentro de un ascensor por tanto tiempo es incomodo), creo que este es un punto critico, pero para efectos de transporte de cargas es excelente.

    Concuerdo 100%.
    Creo que nadie se puso a pensar en como se sentiría la gente que viaja dentro del tubo.
    A mucha gente le cuesta hacerse una tomografía, imaginate si el tomógrafo se moviera a 1000km/h y no pudieras bajarte en cualquier momento.
    Como funcionaría cualquier contingencia? Supongamos que un pasajero tiene un ataque de nervios arriba?
    Creo que todo lo demás cierra pero para que funcione se tiene que poder subir el 90% de la ciudadanía.

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  • Nicolas    

    Me quede impactado! muy buena nota!

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  • Quique dijo:

    Dark Dragonx dijo:
    Bastante groso el Musk! Una excelente combinacion de tecnologias para de forma optima, el unico detalle seria lo claustrofobico de los vagones, estar encerrado en un tubo de 1.1 metros de alto semiacostado por 30 minutos y viajando a 1000 kmph no es muy tolerable para la mayoria de las personas (SI ya estar dentro de un ascensor por tanto tiempo es incomodo), creo que este es un punto critico, pero para efectos de transporte de cargas es excelente.

    Concuerdo 100%.
    Creo que nadie se puso a pensar en como se sentiría la gente que viaja dentro del tubo.
    A mucha gente le cuesta hacerse una tomografía, imaginate si el tomógrafo se moviera a 1000km/h y no pudieras bajarte en cualquier momento.
    Como funcionaría cualquier contingencia? Supongamos que un pasajero tiene un ataque de nervios arriba?
    Creo que todo lo demás cierra pero para que funcione se tiene que poder subir el 90% de la ciudadanía.

    ¿Como bajás a una persona con ataque de nervios de un avión a 10.000m de altura? Sí, ya sé, abrís la puerta y le indicás la salida. :D

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  • Esteban P. dijo:

    Quique dijo:
    Dark Dragonx dijo:
    Bastante groso el Musk! Una excelente combinacion de tecnologias para de forma optima, el unico detalle seria lo claustrofobico de los vagones, estar encerrado en un tubo de 1.1 metros de alto semiacostado por 30 minutos y viajando a 1000 kmph no es muy tolerable para la mayoria de las personas (SI ya estar dentro de un ascensor por tanto tiempo es incomodo), creo que este es un punto critico, pero para efectos de transporte de cargas es excelente.

    Concuerdo 100%.
    Creo que nadie se puso a pensar en como se sentiría la gente que viaja dentro del tubo.
    A mucha gente le cuesta hacerse una tomografía, imaginate si el tomógrafo se moviera a 1000km/h y no pudieras bajarte en cualquier momento.
    Como funcionaría cualquier contingencia? Supongamos que un pasajero tiene un ataque de nervios arriba?
    Creo que todo lo demás cierra pero para que funcione se tiene que poder subir el 90% de la ciudadanía.

    ¿Como bajás a una persona con ataque de nervios de un avión a 10.000m de altura? Sí, ya sé, abrís la puerta y le indicás la salida. :D


    nunca viajaron en un vuelo de más de 10 horas que cruce el Atlántico? bueno, de eso se trata, estas en el horno y si alguien tiene un ataque se muere en pleno vuelo.

    el viaje del Hyperloop es de 35 minutos... comparado con 600 minutos... podés aguantarte los nervios o no te subas :D

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  • Y terminaremos como futurama, acordate :D

    Lo que me causa bastante intriga es como hara para bajar la velocidad, osea el sistema es GENIAL, pero el tema es frenarlo

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  • Lorenzo    

    Vi un artículo en The Verge en donde se hablaba de los posibles problemas que podía llegar a tener el Hyperloop. Sobre uno ya hablaron más arriba: qué pasa si te agarra un ataque de nervios ahí adentro? :P. Otro era que el tubo tenía que ser resistente a las deformaciones causadas por las temperaturas, ya que una irregularidad menor a 1mm podía mandar todo al carajo. Por último, también se decía que 0.5g eran prácticamente vomitivos y en una curva tenia que tratar de que la fuerza g lateral no supere los 0.2g.

    Saludos

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  • Lorenzo dijo:

    Vi un artículo en The Verge en donde se hablaba de los posibles problemas que podía llegar a tener el Hyperloop. Sobre uno ya hablaron más arriba: qué pasa si te agarra un ataque de nervios ahí adentro? :P. Otro era que el tubo tenía que ser resistente a las deformaciones causadas por las temperaturas, ya que una irregularidad menor a 1mm podía mandar todo al carajo. Por último, también se decía que 0.5g eran prácticamente vomitivos y en una curva tenia que tratar de que la fuerza g lateral no supere los 0.2g.

    Saludos


    lo del ataque de nervios es igual a un avión: te jodés, porque en un avión no se puede largar todo, igualemente si fuesen 35 minutos de viaje, no sería demasiada tortura.

    lo de la irregularidad, es relativo, depende de la tolerancia del sistema ¿de donde sacan la medida? pura especulación máxime considerando que utiliza colchón de aire y no ni maglev ni ruedas, así que ignoro cual es la tolerancia del sistema. Igualmente, no pensemos en 1mm, pensemos en 10cm porque un pelotudo choca uno de los pylons, todo el sistema se pone en riesgo.

    En el documento de la idea explican un par de sistemas de control de emergencias, aun así todavía les falta muchísimo para ser "seguros.

    Lo de la fuerza G es posible, igualmente estaba considerado para el tema curvas, y no querría que mi vecino de asiento se lance un lagarto porque lo empujaron a más de lo que puede, igualmente en este sentido hay regulaciones internacionales que, actualmente, se usan en aviones, seguramente para que algo así exista le impondrán regulaciones y estándares mínimos.

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  • Macau    

    pequeño detalle: CA esta por declarar la quiebra, osea, por mas que cueste poco, no hay un mango ni para tapar un pozo....si lo banca un privado quiza pero el estado? jajaja, ni a palos...

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