A revolución dos ferrocarrís

2006/04/01 Unzueta Garcia, Hibai - Telekomunikazio-ingeniaria Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ingeniaritza
• Garraioak
• Komunikazioak
• Telekomunikazioak
• Teknologia
• Sariak

Nos trens clásicos, a locomotora produce tracción, pero os vagóns asociados non teñen tracción e desprázanse impulsados pola locomotora. Ademais, os vagóns adoitan ser totalmente independentes, cun bogie (estrutura de recollida de catro rodas) en cada extremo, cun total de oito rodas por coche. Esta formación adquire un gran peso, sobre todo si utilízase a estrutura de vagóns de aceiro tradicional. Nos accidentes, ao ser os vagóns independentes entre si, rompen primeiro engánchelos entre eles. En consecuencia, a miúdo prodúcese un efecto de acordeón, o que agrava aínda máis a situación.

A industria do transporte actual, combinando conceptos probados na última década, desenvolveu novas ideas. Por unha banda, no esquema de trens articulados, un vagón separa o bogie co lateral. Isto significa que os vagóns non son independentes e, por tanto, seguirán unidos nun accidente.

Esta afirmación foi posible en todos os accidentes TGV que se produciron até a data. A saída do tren do carril quedou completa e aliñada cos carrís en todos os casos, protexendo así aos pasaxeiros. Este concepto ten máis vantaxes, como a redución do peso e do ruído de rodaxe. Un tren clásico de dez coches terá 20 bogies, mentres que un tren articulado só terá 11. Ao ser os bogies elementos pesados, a redución de peso é evidente, o que permite aumentar a velocidade e reducir os custos de mantemento.

Outro concepto con múltiples vantaxes é o da tracción distribuída. Neste caso proponse a localización dos motores ao longo de todo o tren. Por unha banda, aumentan as forzas de adhesión entre rodas e raíles, aforrando enerxía. Doutra banda, ao non existir locomotora, conséguese máis espazo paira pasaxeiros coa mesma lonxitude e peso.

Con todo, segundo o investigador da Escola de Enxeñaría de Birmingham, Ryo Takagi, o freado regenerativo ( regenerative braking ) ou eléctrico é o que achega una vantaxe total a esta forma de tracción. No freado regenerativo, os motores de tracción utilízanse como xeradores devolvendo a enerxía obtida á rede eléctrica. Ademais, ao reducir o uso dos discos de freado prodúcese un desgaste máis lento, o que reduce os custos de mantemento.

Novos materiais e estruturas

Até a data utilizouse como material de construción de vehículos o aceiro, resistente pero demasiado pesado. Na actualidade, con todo, co obxectivo de reducir o custo por pasaxeiro e as verteduras contaminantes, téndese a aumentar o uso de trens de dúas plantas. Paira a súa construción recoméndase utilizar estruturas máis lixeiras de composto de aluminio como no TGV Duplex ou no prototipo Elisa (AGV).

Ademais, a empresa finlandesa Fibrocom desenvolveu un material lixeiro e resistente chamado channel composite. Paira manter o material firme utilízanse unhas estruturas 3D especiais. En diante, xunto con Fibrocom, Talgo tamén comezará a producir trens de dúas plantas construídos con este material. É o primeiro deseño do mundo que mantén as dúas plantas ao longo de toda a lonxitude do tren, e os pasos entre coches son tamén de dúas plantas.

Basculante

Esta técnica pretende reducir o efecto da forza centrífuga que sofren os viaxeiros nas curvas. Isto conséguese equilibrando a forza centrífuga que empuxa o tren cara ao exterior da curva, basculando o tren cara ao interior da curva. Isto permite aumentar a velocidade en torno ao 25%, sen necesidade de modificar os ferrocarrís existentes, nin prexudicar o confort e a seguridade dos pasaxeiros.

Existen sistemas de basculación pasivos e activos. Os pasivos utilízanse desde os anos 80, por exemplo, no tren pendular da empresa Talgo. As caixas destes trens se balancean de forma natural. O mecanismo é que os vehículos teñen un baixo centro de gravidade e as rodas están unidas á parte superior da caixa de vehículos cun sistema de suspensión. Nas curvas, a forza centrífuga empuxa a caixa cara a fóra e as caixas, ao estar atadas desde a parte superior, inclínanse cara ao interior.

Pola súa banda, os sistemas activos detectan que o tren está a piques de entrar nunha curva mediante GPS ou giróscopos utilizados paira medir a forza centrífuga. Nese momento, mediante un sistema hidráulico, a caixa do vehículo inclínase polo bogie. Fiat Ferroviaria (agora Alstom) utiliza esta maquinaria nos seus trens Pendolino. Estes trens ofrecen servizo de alta e media velocidade, principalmente no norte de Italia. De 1998 a 2001, Alstom introduciu profundos cambios no TGV clásico, dando lugar ao primeiro TGV oscilante da historia. O prototipo Démonstrateur Pendulaire foi sometido a numerosas probas para que a empresa fose capaz de aplicar tecnoloxías de basculación a un tren de alta velocidade de nova xeración.

Outra novidade destacable nos sistemas activos sería o Sistema Intelixente de Basculación Integral (SIBI) da empresa CAF de Beasain. O tren consiste nun módulo que determina a posición do tren mediante GPS, sensores de abalo relativo e os axentes necesarios paira dobrar a caixa do vehículo co bogie. O tren debe aprender primeiro as características do percorrido. Deste xeito, adiántase ao percorrido e se balancea no momento oportuno e coa forza adecuada. Trátase dun sistema silencioso e de pequeno tamaño, aplicable tanto a trens eléctricos como a diesel.

TCN

A Rede de Comunicacións do Tren é o significado das siglas inglesas TCN. Esta norma internacional lanzada pola Unión Internacional de Ferrocarrís (UIC) e a Conferencia Electrotécnica Internacional (IEC) define a comunicación entre os dispositivos internos do tren.

Una forma de entender esta plataforma é a comparación co sistema nervioso humano. Algúns elementos do corpo toman datos da contorna, como os ollos. No tren denomínanse sensores aos instrumentos que miden velocidade, temperatura ou tensión. Outros elementos do corpo, como as pernas ou as mans, serven paira cambiar a contorna ou a súa localización. No tren denomínaselles actuadores. Permiten modificar un parámetro, por exemplo, os motores e os freos modifican a velocidade. Ademais, a sorprendente rede de comunicacións, coñecida como sistema nervioso, conecta todos os elementos. Este é o lugar que ocupa o TCN no tren. Esta rede a través do tren ten varios enlaces en rodas, portas, asentos, motores... Estes enlaces poden ser sensores ou actuadores. Do mesmo xeito, o cerebro corporal é o centro de control do tren, como se indica no argot do TCN, o nó principal.

Segundo o experto Hubert Kirrmann de ABB Corporate Research, a pesar da necesidade de estandarización de compoñentes electrónicos do tren, a verdadeira vantaxe do TCN é a súa capacidade de reconfiguración automática. De feito, os trens cunha composición variable no servizo diario, como os metros, trens nocturnos ou trens internacionais, requiren dun método de control, diagnóstico e intercambio de información. Este tipo de sistemas de comunicación deberían configurarse cando os vehículos están conectados entre si na vía férrea e así o fan.

Segundo o TCN, en cada vehículo (vagón ou locomotora) pode haber una rede. Ademais, una rede ferroviaria completa conecta as redes de cada vehículo. Isto é posible, por exemplo, que desde a locomotora sáibase que o equipo de climatización do cuarto coche está deteriorado e que se informe directamente desta avaría ao centro de mantemento. Esta última rede, que se estende a todo o tren, é capaz de adaptarse automaticamente.

E como se fai? Normalmente a rede ferroviaria está controlada polo enlace existente na locomotora. Enlácelos dos vagóns situados a ambos os dous lados do tren constantemente analizan a incorporación dun novo vagón e si detectan algo xorde un conflito paira resolver o control da nova formación ferroviaria.

Cada formación ten a súa 'forza'. As formacións ferroviarias con máis coches son 'máis fortes', así como as formacións con condutor en comparación coas sen condutor. Por tanto, se a formación de vagóns detectada ten menos vagóns ou non ten condutor co mesmo número de vagóns, a débil formación cederá e gañará o outro, que controlará o tren. Entón dará nome a enlácelos de nova configuración paira mantelos baixo o seu control. Así, o tren adaptarase automaticamente ao novo tamaño.

ERTMS

Nos últimos anos a industria ferroviaria e os gobernos dos países europeos han realizado numerosos esforzos para que os trens poidan cruzar as fronteiras entre países sen deterse. Na actualidade, cada país dispón do seu propio Sistema Automático de Protección do Tren (ATP), é dicir, o seu propio idioma paira xestionar o movemento dos trens. Paira superar estas incompatibilidades púxose en marcha un proxecto impulsado pola Unión Europea que propón un único modelo de sinalización, o Sistema Europeo de Xestión de Tráfico Ferroviario (ERTMS). Pero o obxectivo do ERTMS é, ademais de igualar as sinalizacións europeas, crear o sistema de sinalización máis avanzado do mundo con numerosas renovacións. De feito, na actualidade é necesario instalar equipos custosos, tanto nos trens como ao longo do percorrido. Ademais, nos corredores de moito tráfico, a sinalización fai que os trens circulen máis amodo. Todo iso cambiará co ERTMS para que o transporte por ferrocarril sexa máis seguro e competitivo.

Actualmente utilízanse bloques paira controlar a posición dos trens. Un bloque é un tramo do ferrocarril controlado por un semáforo. Se hai trens ao longo do bloque, o semáforo de entrada estará en vermello. Desta forma evítanse colisións entre trens situados no mesmo ferrocarril. Un problema típico é que nos corredores de moito tráfico os trens frean máis rápido do debido á luz vermella, alargando as viaxes. O novo sistema propón bloques que se desprazan co tren.

O pleno desenvolvemento das capacidades do ERTMS evitará a necesidade de contar coa infraestrutura lindeira ao ferrocarril (por exemplo semáforos) que acredite a ocupación dos bloques. A través das balizas quilométricas situadas ao longo do percorrido, o tren coñecerá a súa posición. Esta posición enviarase ao centro de bloqueo e control vía GSM-R (versión do sistema GSM de telefonía móbil adaptado paira vías férreas). Este centro contará con información sobre o estado da rede, coa localización de cada tren e as características da vía. O centro de control responderá o tren enviando ordes. Estas instrucións serán un perfil de velocidade que permitirá ao tren coñecer a velocidade que debe manter en función da súa localización. O proceso repetirase periodicamente.

Paira ser conscientes da potencia do sistema, hai que dicir que está preparado paira traballar a unha velocidade de até 500 km/h. Ademais, as autoridades doutros países do mundo están moi interesadas neste sistema, polo que é posible que o sistema ERTMS se implante a nivel mundial.

WIFI

Internet chega tamén ao tren. O operador de trens de alta velocidade Thalys, a empresa 21 Net e a Axencia Espacial Europea (ESA), que traballa na rexión de Benelux, están a realizar probas paira ofrecer aos pasaxeiros una conexión a Internet de banda ancha.

O prototipo conta cunha antena de conexión a un satélite no teito dun vagón e un computador central a través do cal se conecta a Internet. Paira a conexión utilízase a banda Ku, co satélite conséguense 4Mbps de baixada e 2Mbps de subida. Partindo do computador central do tren establécese una rede inalámbrica wifi no tren. A conexión realizarase mediante computador portátil e conexión ADSL. Ademais, no computador central están dispoñibles películas e outros contidos para que os viaxeiros véxanos nos seus computadores. Nos meses posteriores, este servizo ofrecerase en todos os trens de Thalys e é posible que en breve se incorporen máis trens. Desta forma achegarase valor engadido a este medio de transporte.

Aliñado coa natureza

Os científicos ven cada vez máis claro que os residuos que se verten como consecuencia da acción humana prexudican o equilibrio dinámico do clima do noso planeta. Una vez comprobado que o cambio climático está relacionado co nivel de CO 2 na atmosfera, paira poder tomar medidas convén analizar as fontes de contaminación. Segundo un informe de Nacións Unidas de 1998, o sector do transporte é responsable do 27% das emisións de CO 2.

Parece que os trens deben ofrecer servizos de maior velocidade para que en distancias curtas o coche e longas sexa máis competitivo que o avión. Ademais de ser posible, pódese producir menos contaminación que noutros transportes. Por exemplo, en 1998 todos os trens suízos eran eléctricos e o 97% da enerxía utilizada era enerxía renovable hidroeléctrica. A maior vantaxe dos trens eléctricos é que a enerxía que utilizan pode xerarse a partir de fontes renovables. Pero iso non significa que todo estea conseguido a nivel de vehículo.

Existen numerosas medidas paira reducir o consumo enerxético dos trens. Una das máis sinxelas é o aligeramiento de peso, tal e como se mencionou anteriormente, mediante a utilización de caixas de aluminio ou compoñentes electrónicos máis lixeiros. Existen tamén técnicas paira mellorar a unión entre rodas e vísceras. Ademais, parte da enerxía disipada co freado regenerativo pode volver á rede eléctrica.

Doutra banda, é preocupante a incidencia paisaxística dos ferrocarrís, especialmente dos corredores de alta velocidade. A estratexia até a data era a construción de liñas especiais paira alcanzar os 300 km/h. Estas liñas presentan pequenas curvas que a miúdo distorsionan a paisaxe con numerosas trincheiras, pontes e túneles. A implantación de sistemas de basculación nestes trens rápidos tamén permite a incorporación de novas curvas de adaptación á paisaxe en novos corredores de alta velocidade. Desta forma preservarase o medio ambiente e reduciranse os custos de construción e mantemento das vías. Ademais, será posible utilizar os camiños xa construídos paira o servizo de media velocidade. Deste xeito, non serán necesarias obras públicas que prexudiquen ao medio ambiente.

Outro problema importante é o ruído dos trens, fonte de contaminación acústica. Segundo o investigador xaponés Tatsu ou Maeda, autor de investigacións nos corredores de alta velocidade de Shinkans, a estrutura do tren e o escaso deseño exterior son os responsables do ruído. Un equipo do Instituto de Desenvolvemento Ferroviario (RTRI), baixo a responsabilidade de Maeda, destacou que os pantógrafos e bogies son os elementos máis ruidosos do tren. Paira solucionar o problema pódense construír trens con menos pantógrafos e menos bogies como os trens articulados. As medidas aplicadas en Xapón deron os seus froitos: En 1982 os trens de 210 km/h xeraban un ruído de 79,5 dB, mentres que en 1997 os de 300 km/h producían unicamente 76 dB. Parece que van por bo camiño.

Viaxeiros

Tras esta viaxe polas tecnoloxías que configuran o futuro tren, hai una conclusión. A sociedade necesita e terá máis pasaxeiros ferroviarios, tanto a alta velocidade como en tranvías ou metros urbanos. Aínda que o uso do tren está en mans de todos os gobernos e de todas as persoas, parece que este medio de transporte recuperará o seu espazo entre nós. O escritor Paul Theroux dixo una vez que "o tren non é un vehículo. O tren é una parte máis dun país, é un lugar." Deixemos que o tren nos leve a un mundo mellor.