El Shinkansen japonés fue tren más rápido del mundo hasta que lo derrotó China. El motivo: el "efecto pistón"
De forma muy resumida, el pistón en un motor de cuatro tiempos se encarga de mover el aire del interior para comprimirlo y facilitar la quema o explosión del combustible o para empujarlo fuera de la cámara de combustión. Es decir, se dedica a empujar a mover el aire arriba o abajo.
Imagina ahora un tren que llega a un túnel a más de 300 km/h. De golpe, el tren pasa de estar en el exterior a mover el aire dentro del túnel. A empujarlo hacia el fondo. Su movimiento sería muy parecido al de un pistón. El tren se mueve en línea recta y a su alrededor el túnel se comportaría como una cámara de combustión.
Eso no parece un problema.
No lo parece si pensamos que el aire simplemente es empujado hasta la salida donde se libera sin más problema. Tampoco es un problema si tus líneas de alta velocidad corren por encima de un puente de más de 100 kilómetros de longitud.
Pero si eres un país montañoso y has hecho del ferrocarril tu medio estrella para mover a millones de personas a cientos de kilómetros a la hora. Sí, tienes un problema. Porque el efecto pistón es pura física y solventarlo para ganar velocidad no está siendo fácil.
Cuando fueron los mejores
En 1964, mientras España empezaba a abrirse al mundo, Abebe Bikila ganaba su segundo Maratón Olímpico en las calles de Tokio. Lo hacía calzado con unas Puma Osaka, nada que ver con los famosos 42.195 metros que recorrió descalzo en Roma para ganar cuatro años antes.
No sabemos si Bikila tomó ese primer Shinkansen que unía las ciudades Tokio y, precisamente, Osaka. El tren bala había comenzado a funcionar en Japón ese mismo año, impulsado por los Juegos Olímpicos de la capital nipona. Entonces, las dos ciudades quedaban unidas por un tren que alcanzaba picos de 210 km/h, convirtiéndose en la primera línea de alta velocidad del mundo.
Más de 60 años después, Japón ha dejado de ser el país con mayor número de kilómetros de alta velocidad del mundo. Hoy lo es China. Tiene su lógica, teniendo en cuenta que el país es enorme por lo que de impulsar este medio de transporte, antes o después superarían al vecino. España, por cierto, también hace años que superó a Japón en este terreno.
Pero es muy probable que otra cosa le haya dolido más a Japón. China está haciendo del tren bala su bandera. Sus últimos avances con el maglev, que levita gracias a potentísimos imanes para evitar fricciones con la vía, ha llegado a alcanzar una velocidad combinada de 896 km/h en el cruce de dos trenes CR450.
El problema para Japón es que China tiene un chorro de dinero. Y que si hace falta construir ocho de los 10 puentes más largos del mundo para solventar los accidentes geográficos, se ponen manos a la obra.
Japón tiene que lidiar con mucha montaña y un sistema más tradicional: túneles. Y eso cuado quieres hacer pasar un tren a altísima velocidad es todo un problema.
Cuando un tren cruza de lleno el umbral de un túnel, se produce lo que se conoce como efecto pistón, un problema que impide elevar más la velocidad de paso. Las consecuencias son tan simples como graves: explosiones sonoras, roturas de los equipos… y de los tímpanos de los pasajeros.
Al entrar en el túnel, el aire se comprime y el movimiento del tren lo mueve hacia la salida. Sin embargo, parte de ese aire rebota y genera cambios de presión que pueden ser especialmente dolorosos para los pasajeros, afectando incluso a su oído medio. Al avanzar al exterior, se crea una onda de presión que avanza a la velocidad del sonido y cuando el tren sale del túnel se crea una onda expansiva y una explosión sonora que, se calcula, se puede escuchar a 400 metros de distancia. Es el conocido como tunnel boom.
Japón vive ahora un problema arrastrado desde el pasado. Sus trenes son más anchos que los europeos pero sus túneles son más estrechos. Esto respondía a reducir los costes de la infraestructura pero, también, correr menos riesgos de desprendimiento en caso de seismo. En un inicio esto no era un problema pero cuando fue aumentando la velocidad de los trenes sí se dieron cuenta que no podrían seguir avanzando.
En China, los trenes también utilizan vías anchas como sus vecinos pero como no conservan estructuras heredadas, los nuevos túneles construidos son más anchos. Esto reduce el efecto vacío producido con la entrada del tren en el túnel y, por tanto, mitiga los problemas a los pasajeros. Además, como se genera menor resistencia al paso del tren, también se reduce el gasto energético.
La solución para los nipones no es sencilla. En el Tokaido Shinkansen, la primera línea de alta velocidad (esa que une Tokio con Osaka), el 13% de los kilómetros totales discurren por dentro de túneles. Pero es que la línea Sanyo Shinkansen discurre la mitad del tiempo por túneles. Y el Hokkaido Shinkansen que está en construcción (esta línea solo está abierta parcialmente) contempla el techado del 80% del trazado.
La solución más efectiva que se ha encontrado al problema es la de producir trenes con un morro larguísimo y afilado. La aerodinámica trata de imitar el pico del Martín Pescador que puede zambullirse en el agua generando mínimas salpicaduras. Siguiendo el mismo concepto, cuando más largo y afilado es el morro del tren, menor es la resistencia que el tren se encuentra en la entrada y la onda de presión se genera más gradualmente.
La otra solución ha sido la de ampliar la sección del túnel en su entrada. La «puerta» es más amplia y además cuenta con aberturas laterales que dejan escapar parte del aire movido por el tren. Esa vía de escape genera una menor onda de presión, permitiendo que el tren no genere molestias indeseadas a los pasajeros y pueda circular más deprisa. Incluso se ha pensado en trenes herméticos con presión controlada.
Durante sus pruebas, Japón sigue buscando trenes que puedan alcanzar los 400 km/h de velocidad punta. Sin embargo, las estructuras heredadas de su pasado complican sobremanera dar un nuevo salto cualitativo para seguir el ritmo de China.
Foto | Rikku Sama
En Xataka | Japón acaba de descubrir uno de los negocios más lucrativos de su tren bala: la venta de carritos de comida
