1. UNIVERSIDAD SAN PEDRO
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil
Un informe sobre
“Hyperloop Transporte de Alta velocidad”
Presentado por
CUEVA YOPLA, Esau
Bajo la guía de
Ing. ROSAS GUZMAN, Juan Andrès
CAJAMARCA – PERÚ
2017
2. Hyperloop
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Capítulo 1
INTRODUCCIÓN
Existen modos convencionales de transporte de personas se compone de
cuatro tipos únicas: ferrocarril, carretera, agua, y aire. Estos modos de transporte
tienden a ser relativamente lenta (por ejemplo, por carretera y agua), costoso (por
ejemplo, aire), o una combinación de relativamente lento y costoso (es decir,
ferrocarril). Hyperloop es un nuevo modo de transporte que busca cambiar este
paradigma por ser a la vez rápido y de bajo costo para las personas y bienes.
Hyperloop es también único en que se trata de un concepto de diseño abierto, similar
a Linux. Se desea la retroalimentación de la comunidad que puede ayudar a avanzar
el diseño de Hyperloop y llevarlo del concepto a la realidad.
Figura 1. Hyperloop
Hyperloop consiste en un tubo de baja presión con las cápsulas que son
transportados a velocidades bajas y altas a lo largo de la longitud del tubo. Las
cápsulas están soportados sobre un cojín de aire, con aire a presión y la elevación
aerodinámica. Las cápsulas se aceleran a través de un acelerador lineal magnético
fijado en diversas estaciones en el tubo de baja presión con rotores contenidos en
cada cápsula. Los pasajeros pueden entrar y salir de Hyperloop en las estaciones
situadas ya sea en los extremos del tubo, o ramas a lo largo de la longitud del tubo.
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Capítulo 2
Partes Principales del Hyperloop
• Tubo de baja presión
• Cápsula
• Sistema de lanzamiento electromagnética
• Compresor axial
• Suspensión
Figura 2. Partes principales de Hyperloop
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2.1 Tubo de Baja Presión
• El tubo está hecho de acero.
• La presión en el tubo es de 100 Pa (equivalente a volar por encima de 150.000
pies de altitud).
• Torres de alta tensión se colocan cada 30 m para apoyar el tubo.
Figura 3. Tubo de Baja Presión
5. Hyperloop
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2.2 CÁPSULA
Se están considerando dos versiones de las cápsulas de Hyperloop:
• sólo versión para pasajeros.
• versión pasajero más vehículo.
Hyperloop Cápsula de pasajeros
Asumiendo una hora de salida promedio de 2 minutos entre cápsulas, se
requiere un mínimo de 28 pasajeros por cápsula para satisfacer 840 pasajeros
por hora.
Es posible aumentar aún más la capacidad de Hyperloop reduciendo el tiempo entre
salidas. La línea base actual requiere hasta 40 cápsulas en actividad durante la hora
punta, 6 de las cuales están en las terminales para carga y descarga de pasajeros en
aproximadamente 5 minutos.
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Geometría
Con el fin de optimizar la velocidad de la cápsula y el rendimiento, el área frontal se ha
minimizado para el tamaño, manteniendo al mismo tiempo el confort de los pasajeros.
Figura 5. Geometría de la cápsula
La anchura máxima es 1,35 my la altura máxima es 1,10 m. Con esquinas
redondeadas, esto equivale a una superficie frontal de 1,4 m2, sin incluir
componentes de propulsión o suspensión.
Los requisitos de potencia aerodinámica a 700 mph (1.130 km / h) son alrededor
de sólo 100 k con una fuerza de arrastre de sólo 320 N, o aproximadamente la
misma fuerza que el peso de una maleta de gran tamaño en el aeropuerto. Las
puertas de cada lado se abrirán en forma de gaviota (o posiblemente deslizante)
para permitir un fácil acceso durante la carga y descarga. El compartimento de
equipaje estará en la parte delantera o trasera de la cápsula. Se espera que el
peso total de la estructura esté cerca de 3.100 kg, incluyendo el equipamiento de
la puerta y el mecanismo de la puerta.
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2.3 Compresor Axial
• Evita el límite de Kantrowitz.
• El aire es comprimido con una relación de presión de 20:1.
• Se almacena algo de aire para los cojinetes de pasajeros.
• Un tanque de agua a bordo se utiliza para la refrigeración del aire.
Figura 6. Compresor Axial
Una característica importante de la cápsula es el compresor de a bordo, que sirve
para dos propósitos. Este sistema permite que la cápsula atraviese el tubo
relativamente estrecho sin flujo de asfixia que se desplaza entre la cápsula y las
paredes del tubo (dando como resultado una acumulación de masa de aire delante
de la cápsula y aumentando el arrastre) comprimiendo el aire que es puenteado a
través La cápsula. También suministra cojinetes de aire a aire que soportan el peso
de la cápsula a través del viaje.
8. Hyperloop
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2.4 Diagrama de Línea de Compresores
1. El aire del tubo se comprime con una relación de compresión de 20:1 a través de un
compresor axial.
2. Hasta el 60% de este aire es evitado:
a. El aire viaja a través de un tubo estrecho cerca del fondo de la
cápsula hasta la cola.
b. Una boquilla en la cola expande el empuje generador de flujo para
mitigar algunos de las pequeñas cantidades de arrastre aerodinámico y
de cojinete.
3. Se enfría hasta 0,2 kg / s de aire y se comprime adicionalmente 5.2: 1 para la
versión pasajero con enfriamiento adicional posteriormente.
a. Este aire se almacena en bordo recipiente a presión sobreenvoltura de
material compuesto.
b. El aire almacenado es finalmente consumida por los cojinetes de
aire para mantener la distancia entre las paredes de la cápsula y de tubo.
4. Un tanque de agua a bordo se utiliza para la refrigeración del aire.
Figura 7. Diagrama Line Compresor
9. Hyperloop
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2.5 Suspensión
• Los cojinetes de aire de empuje ofrecen estabilidad y una resistencia
extremadamente baja
• El aire comprimido del compresor y la elevación aerodinámica
proporcionan una mejor elevación a la cápsula. (0,5 a 1,3 mm)
• La suspensión mecánica independiente proporciona una conducción
suave para los pasajeros.
Figura 8. Suspensión
Suspender la cápsula dentro del tubo presenta un reto técnico sustancial debido a
las velocidades de crucero transónicas. Los sistemas de rueda y eje de la convención
se vuelven impracticables a alta velocidad debido a las pérdidas por fricción ya la
inestabilidad dinámica. Una solución técnica viable es la levitación magnética; Sin
embargo, el costo asociado con el material y la construcción es prohibitivo. Una
alternativa a estas opciones convencionales es una suspensión de suspensión
neumática. Los cojinetes de aire ofrecen estabilidad y un arrastre extremadamente
bajo a un coste factible mediante la explotación de la atmósfera ambiente en el tubo.
10. Hyperloop
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Capítulo 3
Resultados y Discusión
3.1 Costo
Se espera que el costo total de la versión de la cápsula de pasajeros Hyperloop
(Tabla 1) sea inferior a $ 1,35 millones de dólares, incluyendo el costo de
fabricación ymontaje. Con 40 cápsulasrequeridaspara la demanda esperada, el
costo total de cápsulas para el sistema Hyperloop no debe ser más de $ 54
millones de dólares o aproximadamente el 1% del presupuesto total.
Tabla 1. Peso de la cápsula de la tripulación y desglose de los costos
Componente vehículo Costo ($) Peso (kg)
Estructura de la cápsula y
puertas
245000 3100
Interior y asientos 255000 2500
Suspensión y cojinete de
aire
200000 1000
Baterías, motor y
refrigerante
150000 2500
Compresor de aire 275000 1800
de frenado de emergencia 50000 600
Asamblea General 100000 N / A
Sistema de propulsión 75000 700
Total / Cápsula 1350000 12200
Total para Hyperloop 54000000
11. Hyperloop
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3.2 Ruta
• Se siguieron las siguientes razones y filosofías para llegar a la mejor
estrategia del corredor para establecer el Hyperloop en la India.
• Integración de Corredores Existentes: Debería integrarse bien con los
corredores industriales / dedicados existentes y sancionados y no interrumpir
los planes de transporte gubernamentales sancionados.
• Movilidad de Pasajeros y Carga: Debe aprovechar al máximo las
oportunidades de transporte tanto de Pasajeros como de Carga entre pares
Origen y Destino.
• Tendencias favorables en la geografía económica: Debe vincular los
mercados de alto potencial que se encuentran en aglomeraciones urbanas de
rápido crecimiento
• Actividad Sísmica Mínima: Debe ser en áreas con baja actividad sísmica -
factor de zona de menos de 0.16 según el Código IS.
• Estrategia escalonada gradual: Debe introducirse en fases con
oportunidades relevantes de impacto / beneficios socioeconómicos en todas
las fases.
• Proyectos de Demostración de Alto Impacto: Las fases iniciales deben
maximizar las oportunidades para instalaciones de baja infraestructura y alto
impacto que desencadenan una demostración a nivel nacional.
Teniendo esto en
cuenta, el corredor de
Mumbai-Bangalore
Chennai con los
planes futuros de
incluir Delhi,
Hyderabad y Pune es
la opción más ideal.
Figura 9. Ruta de Mumbai-Bangalore-Chennai
12. Hyperloop
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3.3 Comparación de la Energía por Pasajero por Viaje
Figura 10. Comparación de la energía por pasajero por viaje
Podemos encontrar apoyo para estas cifras si estamos de acuerdo en que el
hyperloop puede ser alimentado en su mayoría o en su totalidad por energía
renovable. Si se alimentan totalmente con energía solar y eólica, las emisiones
netas del hiperloop son prácticamente nulas.
Incluso si el hiperloop utiliza energía de carbón o de gas natural, al nivel
esperado de eficiencia energética, puede ser aún más eficiente y respetuoso
con el medio ambiente que otras alternativas como el tren de alta velocidad o el
avión. Esto dependerá de los diseños reales que se construyen.
13. Hyperloop
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3.4 ¿Puede realmente ser Autoalimentado?
• Se proyecta que el Hyperloop en su conjunto consumirá un promedio de 21
MW.
• Un conjunto de paneles solares que cubre toda la Hyperloop es lo
suficientemente grande como para proporcionar un promedio anual de 76.000
caballos de fuerza (57 MW), mucho más de lo que requiere el Hyperloop.
• Arreglo de baterías en cada acelerador, permitiendo que la matriz solar
proporcione sólo la potencia promedio necesaria para ejecutar el sistema.
• La construcción del elemento de almacenamiento de energía de las mismas
células de iones de litio disponibles en el modelo S de Tesla es económica.
Un conjunto de baterías con capacidad de alimentación suficiente para
proporcionar la potencia de suavizado más desfavorable tiene una gran
cantidad de energía: el lanzamiento de 1 cápsula sólo utiliza el 0,5% de la
energía total, por lo que la degradación debida al ciclismo no es un problema.
Con una construcción y controles adecuados, la batería podría conectarse
directamente al bus HVDC, eliminando la necesidad de un convertidor
adicional DC / DC para conectarlo al sistema de propulsión.
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Capítulo 4
Ventajas y Desventajas
4.1 Ventajas
• Más rápido
• Costo más bajo.
• Libre de contaminación.
• Inmune a la clima.
• Más seguro
• Sostenible de autoalimentación.
• Resistentes a los terremotos.
4.2 Desventajas
• Presión del tubo..
• El torneado será crítico (con un radio grande).
• Espacio móvil insuficiente para pasajeros.
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Conclusión
• Debido a su gran número de ventajas, será muy útil tanto para transporte
público como para mercancías en un período de tiempo muy corto (a una
velocidad máxima de 1220 km / h) y también en menor costo.
• Se trata de un nuevo concepto por lo que se requiere algún trabajo futuro para
el desarrollo de este proyecto.
• Los medios convencionales de transporte (carretera, agua, aire y ferrocarril)
tienden a ser una mezcla de costosos, lentos y perjudiciales para el medio
ambiente. Los viajes por carretera son particularmente problemáticos, dadas
las emisiones de carbono y la fluctuación del precio del petróleo. Como los
peligros ambientales del consumo de energía continúan empeorando, el
transporte público.
• Los viajes por ferrocarril son relativamente eficientes desde el punto de vista
energético y ofrecen la opción más respetuosa con el medio ambiente, pero es
demasiado lenta y costosa para ser adoptada de forma masiva..
• Se ha creado una versión adicionalde pasajerosmástransporte del Hyperloop,
que sólo representa un 25% más de costo que la versión para pasajeros
solamente. Esta versión sería capaz de transportar pasajeros, vehículos,
carga, etc. El pasajero más la versión de vehículo del Hyperloop es menos del
11% del coste del sistema ferroviario de alta velocidad propuesto de pasajero
solamente entre Los Ángeles y San Francisco. Desarrollos tecnológicos
adicionales y una mayor optimización podrían reducir este precio.
