Giro monorraíl de Brennan

Giro monorraíl de Brennan

Giromonorraíl de Brennan

Giromonorail, monorail giroscópico o monorail giroestabilizado, son términos usados para denominar a un vehículo monorraíl que usa la acción giroscópica de un volante de inercia en rotación para evitar el problema de la inestabilidad inherente al equilibrio de un vehículo apoyado sobre un único raíl.

Este tipo de monorraíl está asociado con los nombres de Louis Brennan, August Scherl y Piotr Shilovski, que construyeron prototipos a gran escala durante la primera parte del siglo XX. Otra versión basada en el mismo principio físico fue desarrollada por Ernest F. Swinney, Harry Ferreira y Louis E. Swinney en los Estados Unidos en 1962.

A pesar de las múltiples tentativas de lograr un monorraíl giroscópico realmente operativo, nunca se ha desarrollado más allá de la etapa de prototipo.

Características generales

La principal ventaja del monorraíl citada por Shilovsky era la supresión del movimiento de lazo, una limitación de velocidad con la que se enfrentaban los ferrocarriles convencionales por entonces.

Además, para velocidades equivalentes serían posibles trazados con radios de giro más pequeños (sobre todo, en comparación con los radios de giro de unos 7000 metros para velocidades del orden de 350 km/h, característicos de las vías de los modernos trenes de alta velocidad como el TGV), porque el vehículo se inclinaría automáticamente en las curvas, como lo hace un avión en pleno vuelo cuando cambia de rumbo,¹​ de modo que no se experimenta ninguna fuerza centrífuga lateral a bordo.

Un inconveniente importante es que en este tipo de vehículos, todas las unidades remolcadas (incluidas las de pasajeros y las de carga), y no solo la locomotora, requieren un giróscopo constantemente en funcionamiento para mantenerse erguidos.

A diferencia de otros procedimientos para mantener la estabilidad, como el desplazamiento lateral del centro de masas o el uso de una rueda de reacción, el sistema de equilibrio giroscópico es estáticamente estable, de modo que solo es necesario regular su velocidad de avance. La parte activa del sistema de equilibrio se describe con mayor precisión como un oscilador armónico.

Antecedentes históricos

Monorraíl de Brennan

Ilustración de la revista Harmsworth Popular Science mostrando el mecanismo del monorail, junto a una fotografía de Louis Brennan²​

La imagen adyacente muestra el prototipo del vehículo de 22 toneladas (peso en vacío) desarrollado por Louis Brennan,³​ cuya primera patente presentó en 1903. Su primer modelo de demostración fue una simple caja de tan solo 30 por 12 pulgadas (762 por 300 mm) conteniendo el sistema de equilibrio. Sin embargo, esto fue suficiente para que el Consejo del Ejército recomendara una suma de 10.000 libras para el desarrollo de un vehículo de tamaño completo, propuesta vetada por su departamento financiero. Sin embargo, el Ejército encontró 2000 libras de varias fuentes para financiar el trabajo de Brennan.

Dentro de este presupuesto, Brennan produjo un modelo más grande, de 6 pies (1.83 m) de largo por 1.5 pies (0.46 m) de ancho, mantenido en equilibrio por dos rotores de giroscopio de 5 pulgadas (127 mm) de diámetro. Este modelo todavía se conserva en el Museo de Ciencias de Londres. La vía por la que se desplazaba el vehículo se instaló en los terrenos de la casa de Brennan en Gillingham (Kent). Consistía en tuberías de gas ordinarias colocadas sobre traviesas de madera, con un puente de cable de cincuenta pies (15.3 m), esquinas afiladas y pendiente hasta de uno por cinco (20 %).

El ferrocarril a escala reducida de Brennan reivindicó en gran medida el entusiasmo inicial del Departamento de Guerra. Sin embargo, la elección en 1906 de un gobierno del Partido Liberal, con políticas de reducción de gastos, paralizó la financiación del Ejército. Sin embargo, la Oficina de la India votó un adelanto de 6000 libras en 1907 con el fin de desarrollar el monorraíl para la región de la Frontera Noroeste, y el Durbar de Cachemira en 1908 adelantó otras 5000 libras. Este dinero casi se había gastado en enero de 1909, cuando la Oficina de la India avanzó otras 2000 libras.

El 15 de octubre de 1909, el automotor se desplazó por primera vez por sus propios medios, llevando a 32 personas alrededor de los talleres. El vehículo tenía una longitud de 40 pies (12.2 m) y una anchura de 10  pies (3m), y con un motor de gasolina de 20 hp (15 Kw), desarrollaba una velocidad de 22 mph (35 km/h). La transmisión era eléctrica, con el motor de gasolina impulsando un generador, y un motor eléctrico en cada boje. Este generador también suministraba energía a los motores de giro y al compresor de aire. El sistema de equilibrio utilizaba un servomecanismo neumático, en lugar de las ruedas de fricción utilizadas en el modelo anterior.

Los giróscopos estaban ubicados en la cabina, aunque Brennan planeaba reubicarlos debajo del suelo del vehículo antes de exhibirlo en público, pero la inauguración de la máquina de Scherl le obligó a adelantar la presentación de su monorraíl al día 10 de noviembre de 1909, por lo que no hubo tiempo suficiente para reubicar los giróscopos.

El verdadero debut público para del monorraíl de Brennan fue la Exposición Anglo-Japonesa en el White City de Londres en 1910. El monorraíl transportaba a 50 pasajeros a la vez alrededor de una pista circular a 30 km/h. Los pasajeros, incluido Winston Churchill, mostraron un entusiasmo considerable. El interés fue tal que en Inglaterra y Alemania se produjeron juguetes del monorraíl con una solo rueda, giroestabilizados mediante un mecanismo de relojería.⁴​⁵​ Aunque era un medio de transporte viable, el monorraíl no logró atraer más inversiones. De los dos vehículos construidos, uno se vendió como chatarra y el otro se usó como refugio del parque hasta 1930.

Gyro-Monorail: El monorriel giroscópico que buscó revolucionar al ferrocarril

Era veloz, económico, y su prototipo funcionaba, pero…

El desarrollo humano cambió para siempre con la aparición de los trenes. El desplazamiento de cargas masivas, el envío de correo y el transporte de pasajeros dejaron de ser tareas titánicas, para convertirse en servicios al alcance de casi todos. Sin embargo, algunas mentes creían que el tren tradicional podía ser optimizado, y una de ellas pertenecía al inventor australiano Louis Brennan, quien creó un monorriel giroscópico a principios del siglo XX. Este monorriel prometía altas velocidades y una mejor economía en el tendido de vías sin sacrificar estabilidad, pero todo lo que nos queda son fotos de su prototipo a gran escala…

El monorriel de Brennan o Gyro-Monorail medía doce metros de largo, y tenía una masa de 22 toneladas, con una capacidad de carga de 10 toneladas. Inspirado por un juguete a cuerda que había comprado para su hijo, el inventor decidió implementar en su diseño un sistema de estabilización giroscópica con dos dispositivos bautizados «girostatos». Cada uno medía un metro de diámetro y pesaba 750 kilogramos. Instalados sobre ejes horizontales, los girostatos giraban a 3.000 revoluciones por minuto, dentro de carcasas al vacío para reducir pérdidas asociadas a la fricción con el aire.

La prensa se quedó con la boca abierta al verlo

La idea original de Brennan sugería una amplia aplicación militar. Al instalar una sola vía en vez de dos, el monorriel entraría en servicio mucho más rápido y a una fracción del costo, sin olvidar que su velocidad máxima era el doble de la que podía desarrollar una ruta tradicional (el propio monorriel llegaba a los 25 kilómetros por hora).

Brennan patentó su diseño en 1903, lo demostró frente a la Royal Society en 1907, y su demo pública fue en 1909, con un éxito absoluto. La prensa de la época lo recibió con los brazos abiertos, maravillada frente al «acto de equilibrio» del monorriel, pero uno de sus principales aliados fue el mismísimo Winston Churchill, quien lo vio como «una revolución de los sistemas ferroviarios del mundo».

Funcionaba bien, pero aún así no encontró un lugar en la industria

Pruebas exitosas, apoyo de la prensa, y soporte económico del gobierno. ¿Qué pasó con el monorriel giroscópico de Brennan? En esencia, nunca logró disipar las dudas sobre su seguridad. Desde cierto punto de vista, eran razonables: Si uno de los girostatos fallaba, el vehículo caería. Brennan aseguró una y otra vez que eso no sucedería, pero ese miedo sumado al brutal lobby de la industria ferroviaria convencional, y a la obligación de estabilizar todos los carros de una formación, provocaron que el proyecto quedara en la nada.

El tren que desafió las leyes de la física hace más de 100 años se mantenía en equilibrio sobre una hilera de ruedas incluso parado

La estrella del invento: El giroscopio

El principio básico de un giroscopio reside en que si haces girar un disco muy rápido, su momento angular intenta mantenerlo perfectamente estable. Eso significa que si tratas de inclinarlo hacia un lado u otro, este tratará de regresar a su posición original.

Al llegar a una curva, el tren se salía de la vía. El giroscopio no giraba con él y el tren lo seguía. La solución fue poner un segundo giroscopio rotando en la dirección opuesta. Ambos se conectaban por un engranaje. Hablando claro, un giroscopio trataba de cancelar al otro permitiendo que el tren tomase la curva.

El uso de dos giroscopios girando en sentido contrario fue la clave del éxito para que el tren se mantuviese estable incluso en las curvas

El modelo de 22 toneladas

Tras una inyección económica para continuar con su estudio, Brennan creó un prototipo a escala real que se probaría con pasajeros. Medía 12m de largo y pesaba 22 toneladas. En la zona del maquinista se ubicaron dos enormes giroscopios que giraban 3500rpm.

El aumento del tamaño significó varios desafíos con respecto a mantener el tren perfectamente nivelado. Las soluciones pasaron por encerrar cada disco del giroscopio en carcasas de acero selladas al vacío para reducir la fricción. Estos se accionaban mediante un motor de gasolina y podían seguir nivelando el tren durante 30 minutos sin energía.

Mediante un mecanismo neumático y un ingenio de engranajes, sumado a atornillar todo el sistema giroscópico al chasis del tren, resultó en un éxito. Los pasajeros ni siquiera se daban cuenta de la inclinación de del monorraíl en las curvas. Para ellos se mantenía siempre nivelado (junto a sus bebidas). Este fenómeno es el mismo que sucede cuando viajamos en avión y este se inclina durante el giro.

Brennan había dominado su diseño. Su tren era tan fuerte que incluso si todos los pasajeros se colocasen en un lateral, seguiría nivelado.

El éxito de la prueba y la sombra de la inversión

La primera prueba al público fue en 1910. El mismísimo Winston Churchill se montó en el Gyro Monorraíl y quedó impresionado. Todo apuntaba a un éxito que se convertiría en el futuro de la locomoción.

Lamentablemente, no fue así. Los inversores no confiaban en el diseño porque cada vagón necesitaría su propio sistema giroscópico y muchos ya habían invertido demasiado en el sistema de trenes convencional para arriesgarse ahora.

Podría haber representado un gran avance para la movilidad. Poco tiene que ver con un monorraíl de los de hoy, que se enrollan alrededor de vías construidas elevadas sobre el terreno. Este Gyro Monorraíl podía funcionar directamente sobre la infraestructura de vías ya existente y habría abaratado mucho la construcción y el tiempo. Por otro lado puedo entender a los inversores, era 1910 y probablemente el tema de la seguridad y la fiabilidad no se habrían testado debidamente.