Tren de alta velocidad (AHT/TGV). A velocidad de aviones sobre carriles por Europa
1991/01/01 Sarriegi Eskisabel, Andoni Iturria: Elhuyar aldizkaria
De la marca AHT a la marca en Francia. En esta misma revista Elhuyar se han dado a conocer los artículos anteriores (nº 33, marzo 1990, 15/12). pág. y Núms. 37 a 38, de julio a agosto de 1990, 6. Pág. ). Ver a modo de introducción el cuadro de seguimiento de esta mejora de marca on duque.
Hace veintitrés años, Capitole, circulaba a 200 km/h de París a Toulouse sobre ruedas. En aquella época, unos ingenieros demostraron que ningún tren comercial normal que circulaba sobre los carriles en las manos por el cálculo no superaba esa velocidad, ya que, si superase, debía pasar a utilizar cojines de aire o el magnético de los esquios.
Tres meses después o... En corea, en un symposium internacional, otro gran número de ingenieros lanzó, con la ayuda de sus ecuaciones y ordenadores, la predicción de que la toma de corriente a través de la catenaria/sistema de pantógrafos nunca hubiera podido pasar una velocidad de 450 km/h.
Los del SNCF francés, en la actualidad, han rebasado esta velocidad en dos ocasiones (a una velocidad de 482,5 km/h entre Courtalain y Château-Renault, en el kilómetro 166 y comienzos del mes de junio de 1990, en un nuevo tren experimental sin explotar TGV Atlántico a una velocidad de 510,6 km/h). En ambos casos, cabe destacar que los trenes convencionales fueron los encargados de obtener las marcas, es decir, los modelos con intención de circular, si bien el segundo presentaba algunas mejoras y cambios para ello (aumento de ruedas, refuerzo de motores, etc.). ).
Velocidades máximas de trenes de pasajerosMarcas de velocidad sobre carrilesComunicaciones
Una de las principales diferencias de estos trenes con respecto a los actuales es su amplio sistema de comunicaciones. Esto supone en la actualidad una gran cantidad de equipos informáticos y audiovisuales incorporados. En cada ramal hay 16 ordenadores conectados entre sí que vigilan todas las funciones del tren: tracción, frenado, señalización, ambiente interior, etc. Para poder controlarlo todo, la sala del conductor está llena de aparatos de control, ofreciendo en todo momento la entrada a la memoria de todos los datos de fallos y funciones de cada rama. Todas estas informaciones se transmiten por radio al puesto central de control de París 2 horas antes de la llegada del tren.
Para ello se utiliza un sistema completo de balizas de transmisión de 10 km a lo largo de toda la longitud del recorrido. Sin embargo, la comunicación puede hacerse a través de otros sistemas. Las operaciones preparatorias en una rama tienen su área estanca directamente bajo órdenes del Puesto Central de París, como la adaptación a lo largo de la ruta del ambiente interior del tren, la información a lo largo de la vía para pasajeros, otros controles rutinarios, etc.
Ante la presencia del gran volante negro, las cabinas de conductor y los conductores de estos trenes parecen en realidad una sala de pilotos de avión que se preparan con el simulador de aeronáutica Giravion Dorand.
Raros pasamanos, agujas agrupadas, sistema de radio/tren solar, etc., mantienen una relación constante entre el mecánico (conductor) y el regulador de tráfico de París. Sin embargo, la mayoría de los interruptores de los cuadros dentro de la cabina, sin embargo, son para dar órdenes de aire acondicionado.
Catenaria/pantógrafo
En cuanto a la catenaria, lógicamente han tenido que hacer cambios, pero no respecto al sistema. El sistema es el mismo, pero han tenido que estirar la catenaria. Esto se ha hecho con el fin de encontrar una solución a este descendiente. Al utilizar la catenaria/sistema pantógrafo, este tacto produce ondas en la catenaria cuya velocidad de propagación depende de la masa del cable y de la tensión de estiramiento.
En general y hasta alcanzar una velocidad de 450 km/h, esta velocidad de propagación suele ser superior a la velocidad de circulación del tren, pero cuando la velocidad de circulación alcanza y sobretodo supera este valor crítico, el tren detecta la onda y esta ondulación de la catenaria provoca la fuga del cable de la cadena al pantógrafo
Pero también han encontrado el remedio a este problema, aumentando la tensión del cable de la catenaria y consiguiendo que la velocidad de propagación de la onda vuelva a ser mayor que la del tren, es decir, para circular a partir de esa velocidad crítica hasta ahora, han solucionado el problema aumentando la tensión de estiramiento de la catenaria. Lo que normalmente era 2.000 daN (decanewton) se ha elevado a 2.700 daN, lo que ha permitido que la velocidad de la onda en el cable de la cadena alcance los 520 km/h, algo superior a la velocidad de circulación alcanzada (510,6 km/h). De esta manera se ha superado por el momento la barrera de este sistema para poder circular por encima de los 500 km/h.
Para que el pantógrafo frote correctamente y de forma continua el cable de la catenaria a una velocidad superior a 500 km/h, se han instalado cámaras de vídeo y el pantógrafo aprieta a su disposición el cable estirado de la catenaria con suficiente presión, sin que la catenaria escape al pantógrafo en la parte de la ondulación.
Por lo tanto, los que hablaron en Corea acertaron algo (aunque no todo) y anunciaron problemas de catenaria/sistema pantógrafo. Menos acertaron los que hablaron en la época de la Capitole. Por supuesto, estas no son las velocidades de tráfico a día de hoy. Actualmente es de 300 km/h el que se considera la mayor velocidad para la circulación normal a altas velocidades. Pero el resto puede llegar sin mucho tiempo. Por lo tanto, se puede decir que el tren también se acerca a velocidades mínimas de circulación de los aviones.
Por otra parte, la potencia necesaria para circular a estas velocidades de 13.000 kW es distinta de la broma de atravesar la sección de 1,5 cm 2 del cable de catenaria y pasar la pantográfora. La presión de contacto tiene su efecto Joule en una sección de contacto tan pequeña como la presión. Por ello, las marcas se realizaron en invierno (1989) o en primavera (1990) cuando la temperatura ambiente era fría o fresca.
Sin embargo, alrededor de 0ºC el aire tiene una alta densidad y la resistencia aerodinámica aumenta. En cualquier caso M. Según Lacôte, la temperatura ambiente ideal sería de unos 10ºC, teniendo en cuenta el par temperatura/estado del aire, tanto para el sistema de catenaria/pantógrafo, como para que los motores autosíncronos y el automatismo electrónico puedan enfriarse adecuadamente y funcionar a la temperatura adecuada, así como para que la resistencia aerodinámica no sea demasiado elevada.
Particularidades de bogie y carriles
Al margen de la necesaria formación y detalles de los motores autosíncronos que han tenido que utilizar para la obtención de estas nuevas marcas, expresados ampliamente en el número 33 de Elhuyar, en dicho artículo, además de los bogies, considero oportuno explicar otros detalles. El tren AHT, al igual que todos los trenes modernos, está montado sobre dos bogies, cada uno con dos ejes. Sobre estos ejes y sus ruedas cuelgan los chasis de los motores (bogies) y sobre ellos el del vehículo (caja).
Sin embargo, el bogie no va directamente a los lados sin moverse cuando las ruedas avanzan a medida que las ruedas giran (especialmente a esas velocidades). Gira hacia los lados un pequeño ángulo con respecto a su eje vertical, tanto hacia la izquierda como hacia la derecha. Además, se mueve a la altura. Este último movimiento se encuentra mucho más controlado por muelles de colgar, amortiguadores y elementos elásticos, y aunque el nivel de confort que han alcanzado estos trenes merecería un análisis exhaustivo de los mismos, hoy al menos lo evitaremos y centraremos nuestra atención en el movimiento lateral.
Según ha dicho, la geometría de todo el sistema de rodadura es la que tiene que avanzar hacia los lados manteniéndose estable y a gran velocidad. Por ello, el equilibrio del tren se consigue en parte mediante la circulación de pares de ruedas de perfil cónico en los nuevos carriles con ambos inclinados hacia el interior.
De esta forma, el bogie, una bola, se encuentra tan fuerte sobre los carriles como sobre una pieza de perfil tipo V, de manera que las reacciones entre los dos carriles permiten eliminar entre sí los componentes de fuerza que se dirigen a los lados y las tendencias de movimiento que se derivan de los mismos, obteniendo su mejor equilibrio incluso al crear cualquier perturbación lateral. Hay que tener en cuenta que el carril no siempre es una línea recta geométrica de nivel y que los turbulentos aerodinámicos agitan constantemente tanto los elementos de tracción como los remolques (ya sean vagones, cajas de tren o locomotoras).
Además, los bogies, en función de su holgura en el carril, circulan en zigzag en función de un tipo de movimiento (como los mordaces, pero realizando la balanza a través de un camino más largo), aunque a velocidades elevadas y en carriles muy ajustados se produce una ondulación atenuada.
Así, la amplitud del ángulo de oscilación disminuye a lo largo de la longitud del bogie, pero al funcionar como un conjunto más completo y más grande, la masa de su inercia aumenta al golpe y a la vez la acción de inercia, haciendo las oscilaciones (sinuosas) más pequeñas y más perezosas y dirigiendo el bogie siempre hacia el centro de la recirculación.
La reducción de la distancia entre dos ejes produce un efecto inverso. Por lo tanto, la mejor solución que se ha encontrado hasta la fecha y que fue aceptada desde el primer AHT/TGV, ha consistido en fijar la distancia entre ejes en 3 m (siendo el carril de 1.435 mm). Este modelo de bogie ha sido adecuado para soportar una velocidad de 500 km/h manteniendo la estabilidad a medida que avanza el tren. Hay que decir que la eliminación de estas fuertes oscilaciones laterales es el resultado de un complejo sistema de uniones elásticas y amortiguadoras muy bien calculadas y largamente calculadas.
Este sistema, por tanto, además de proporcionar seguridad, supone un gran confort para todo el vehículo. Es uno de los secretos de la marca. Otros modelos anteriores también alcanzaron velocidades relativamente altas (en 1955 las maquinas de 331 km/h BB y CC), pero en un trazado muy ondulado y en esas condiciones no se podía avanzar más. Las oscilaciones de los bogies obligaban enormemente a los carriles y de ahí los ingenieros concluyeron que la velocidad de circulación segura no iba a poder superar los 200 km/h.
Ha sido por tanto imprescindible la instalación de carriles más pesados (60 kg/m de peso en lugar de los 40 ó 50 kg/m anteriores) y la modificación de su actitud para mejorar la velocidad de circulación. Por ello, han tenido que realizar nuevos reibos por curvas y señalización. En la actualidad, mediante la mejora de los carriles y la implantación de los sistemas de amortiguación contra las oscilaciones mencionadas en los bogies, estos vehículos podrán circular sin deformar ni un milímetro a una velocidad de 500 km/h (ni siquiera a 300 km/h que por el momento es de circulación).
En cuanto a la estabilidad intrínseca del vehículo, por tanto, uno de los principales motivos de éxito es el sistema de uniones articuladas elásticas que presentan estos TAV//TGV. Sin ello hubiera sido imposible superar los 400 km/h en pruebas. Por supuesto, el complemento imprescindible de éste es un rediseño completamente nuevo y controlado por ordenador. A pesar de que todavía no se han puesto por completo en el servicio público, las marcas que se están superando día a día nos anuncian que pronto llegarán a nuestro país.
Hacia el año 2.000
Sin embargo, la SNCF está trabajando de cara a la Europa de 2000. Pero hay algo más en Europa y en el mundo. En Francia, el ingeniero Bertin se ha convertido en pionero en los trenes colgando sin almohadillas. En Alemania y Japón, los ingenieros parecen tener mayor fe en la idea de excusión magnética para velocidades elevadas.
Esta solución requiere, por supuesto, un camino recirculado con electroimanes, es decir, una infraestructura muy especial. Hablando sólo de velocidad (ensayos puramente probatorios), con material de excusión magnética han alcanzado una velocidad de 435 km/h, pero en este sentido el TAV tiene más mérito superando dicha velocidad con vehículos de serie y circulación normal. Además, la SNCF ha comprobado que es posible realizar viajes de largo recorrido a través de trenes de alta velocidad, además de los ferrocarriles para circular a diferentes velocidades. Esto se ha desarrollado por el momento principalmente en Francia, pero a partir de ahora su objetivo es toda Europa, sin olvidar otros aspectos del mundo.
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