TGV. Nou tren d'alta velocitat

1990/03/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Garraioak

Maqueta del TGV Atlàntic. Marca de velocitat sobre la crema mundial. La velocitat habitual és de 300 km/h.

Entre el TGV atlàntic i mediterrani, a part del color, no hi ha diferència aparent. Una d'elles és blava i una altra de color taronja, i des de l'exterior són les mateixes: forma, seda, etc. No obstant això, si s'analitza amb molta cura, hi ha diferències. Té una mica alterada la carrosseria de la locomotora i entre els cotxes motors primer i últim, l'atlàntic TGV (que ara va fins a Bordeus) té altres deu cotxes, mentre que el mediterrani té vuit.

També hi ha diferències quant a la velocitat de l'un i l'altre. El TGV normal té 270 km/h i el TGV atlàntic 300 km/h. No obstant això, per a aconseguir 30 km/h més amb els passatgers, mantenint el mateix vestit exterior, ha hagut de canviar molt la maquinària interior. Els motors són nous (més lleugers i el doble de potència), la capacitat dels frens és un 70% major (i a més tenen mecanisme antibloqueig), suspensió pneumàtica, cotxes més lleugers, etc.

Estructura del TGV

No obstant això, l'estructura bàsica de TGV s'ha mantingut, ja que la pràctica ha demostrat que és molt adequada per al seu funcionament. El tren complet consta de dos cotxes motors (el primer i l'últim), entre els quals s'han format un conjunt homogeni de deu cotxes articulats, amb un bogie sota la intersecció de dues. No hi ha, per tant, com als trens clàssics, una locomotora i després cotxes independents, cadascun amb dos bogies.

L'estructura de TGV té els seus avantatges. En tenir menys bogies i mancar d'espai entre cotxes, l'aire genera menys turbulències i és aerodinàmicament molt millor. Bogies de tres metres amb motor suspès. El motor transmet la velocitat de gir a la roda mitjançant reductor i unió homocinètica (com en els automòbils).

Cada vegada més ràpid

Quant a la velocitat del tren, el canvi de la velocitat normal de 270 a 300 km/h ha generat molts problemes, més que el de 200 a 260 km/h. La velocitat habitual de 200 km/h la va aconseguir en 1967 el tren “Capitole” que viatjava a França de París a Tolosa. En 1981 la velocitat normal de TGV era de 260 km/h. Per a aconseguir-ho, no obstant això, els materials i l'estructura del tren eren totalment diferents. Els vagons operatius i intermedis formaven un conjunt articulat molt més lleuger.

Problemes de velocitat

Accelerar la velocitat sembla bastant fàcil a simple vista. Sembla suficient amb posar més potència per a la tracció, però les coses no són tan senzilles. Si intentéssim establir una velocitat de 300 km/h a un tren normal, es descarregaria ja que abans la via i els bogies no estarien preparats per a això. A més, aquesta velocitat incrementaria el problema de frenat.

L'augment de la velocitat implica, per tant, el desenvolupament de diferents paràmetres contraposats entre si. Ha de ser més lleuger per a superar d'una banda la inèrcia de la massa a accelerar i frenar, i d'altra banda, tenir major potència. No obstant això, per a transmetre més potència és necessari tenir més pes.

Els dos carrils estan una mica inclinats a meitat. Així l'estabilitat del tren és molt millor.

Les forces en joc al tren pugen en funció del quadrat de la velocitat i en funció del cub de la velocitat de potència o del quadrat. Per exemple, la velocitat de pas de 100 a 200 km/h requeriria quatre vegades la resistència i vuit vegades la potència. En el TGV atlàntic també s'ha produït un augment de la velocitat de l'11% (de 270 a 300 km/h), una resistència aerodinàmica del 23% i una potència del 36%. En la pràctica s'ha hagut de revisar tot al tren: suspensió, estabilitat, confort dels viatgers, frenat, senyalització, etc.

Nou ferrocarril

Els carrils, no obstant això, no han suposat grans maldecaps, ja que en el disseny de les vies per a TGV es van tenir en compte velocitats superiors als 300 km/h. Per això han aconseguit experimentalment el rècord mundial.

Però cal no oblidar el que va ocórrer en 1955 en un tram recte de Landeta. Els trens experimentals CC i BB van aconseguir una velocitat de 331 km/h, però el ferrocarril va quedar ple d'ones i deteriorat, de manera que tot va ser renovable. A aquestes velocitats els cops de costat de les rodes dels bogies són enormes (creixen en funció del quadrat de la velocitat).

El ferrocarril per a TGV, per tant, és molt més pesat, estable i de major precisió que el ferrocarril normal. Els carrils són més pesats, de 60 kg/m (els normals pesen 45 o 50 quilos) per metre. Estan més ben assentats en el sòl i alhora s'han controlat acuradament el paral·lelisme i l'alineació. S'han utilitzat instruments òptics precisos perquè en una longitud de quilòmetre hi hagi diferències de pocs mil·límetres.

Cada quilòmetre de via per a TGV té una mitjana de 4.000 tones de balasts, 1.600 de travesses (392 tones de pes) i 120 tones de carrils.

Motors i potència de la locomotora

No obstant això, per a circular a aquestes grans velocitats, a més d'un bon ferrocarril, es necessiten màquines d'alta potència. Encara que la grandària de la locomotora només el pugui suposar, el major espai no l'ocupen els motors, sinó els transformadors, ventiladors, rectificadors de corrent i moduladors de corrent. Els motors estan molt baixos entre les rodes dels bogies. Per tant, tenen molt poc espai. Cal no oblidar que a més dels motors, el reductor ha de portar els seus propis engranis i les caixes de transmissió. Els motors del TGV mediterrani són de corrent continu, amb 550 kW o 750 Z.P. cadascun. En l'actualitat. El TGV atlàntic té motors autosíncronos de 1100 kW o 1500 CV cadascun. Això suposa el doble de potència, malgrat ser més pesada (1430 kg).

Per a indicar breument el funcionament dels motors autosíncronos, es pot fer girar la brúixola movent l'imant al seu voltant. L'imant pot ser substituït per tres bobines fixes al voltant de l'agulla. En tres bobines es pot passar corrent altern, creant un camp magnètic rotatiu i fent girar la brúixola. En la pràctica se substitueix la brúixola per un rotor amb bobines. D'aquesta forma aconseguim un motor síncron d'excel·lent rendiment, però té els seus obstacles. D'una banda, no surt ell només i per un altre, gira a la velocitat que marca la freqüència del corrent. Òbviament, no es parteix perquè el camp magnètic creat en l'estator es posa a cop en règim de 3000 revolucions per minut (50 Hz de corrent) i es veu afectat per la inèrcia del rotor.

El camp magnètic ha de començar a girar lentament perquè el rotor s'iniciï lentament. Per tant, la freqüència del corrent ha de passar progressivament de zero a freqüència normal. Això s'aconsegueix en l'actualitat gràcies als semiconductors.

Gràcies als circuits realitzats amb semiconductors, el moment del parell de força és màxim en arrencar (igual que en els motors de corrent continu), obtenint alts rendiments i obtenint una gran potència comparada amb el pes propi.

A l'ésser el motor més petit es pot col·locar millor en el bogie. L'espai entre eixos de Bogie és petit i entre rodes o carrils (1,435 m) i el motor convencional de corrent continu no seria possible.

Cada bogie té dos eixos i el seu motor, 1.300 kW o 1.750 cavalls. El TGV atlàntic té dos bogies motors davant i altres dos darrere, per la qual cosa amb vuit eixos pot donar una potència de 14.000 cavalls en l'arrencada i 12.000 velocitats ordinàries.

En trams curts i experimentalment cada motor pot aportar 1.900 cavalls de potència (un total de 15.200), la qual cosa ha permès trencar la marca alemanya de 406,9 km/h.

Confort del tren

Amb totes aquestes potències dels motors s'ha d'aconseguir que el tren es mantingui a una velocitat de 300 km/h sense vibracions i amb una estabilitat total. En això tenen molt a veure la inclinació cap a l'interior dels raïls i el perfil cònic de les rodes. Aquesta forma fa que els vagons sempre tinguin tendència a anar a la meitat dels carrils.

Quan el tren està en marxa, les vibracions a esquerra-dreta són sempre freqüents i els cops d'alfàbrega en ziga-zaga augmenten en funció del quadrat de la velocitat, perjudicant l'estabilitat de tot el tren. El confort dels viatgers, per descomptat, tampoc és beneficiós.

Bogies

En el TGV mediterrani es va demostrar que la distància entre eixos en els bogies era de 3 metres. Mantenint aquesta distància, es van revisar les connexions entre bogies i eixos, així com entri bogies i vagons. És recomanable disposar d'un bogie lleuger. D'una banda, el bogie és l'única massa que no està suspesa i, d'altra banda, com més ràpid és, menys cops es donen al ferrocarril.

El bogie motor no suporta directament els motors. Els motors van units al bastidor de la màquina i la transmissió fins a les rodes es realitza gràcies a un enllaç homocinètic. No obstant això, entre les rodes i el bogie existeixen complexes unions elàstiques per a esmorteir esforços progressius, verticals i d'alfàbrega (ziga-zaga). Per a mesurar i controlar tots aquests paràmetres s'ha utilitzat a més l'ordinador.

El TGV atlàntic té un motor de corrent altern autosíncrono de 25.000 V. Ocupa molt poc espai i els dos motors del bogie tenen una potència màxima de 2.800 kW.

Els bogies portants o intermedis són de la mateixa forma, grandària i estabilitat que els bogies tractors. Cada bogie portador subjecta els extrems de dos cotxes consecutius. Per això és molt important que les vibracions del bogie no es transmetin als vagons. La unió entre tots dos cotxes es realitza mitjançant un gran anell que es realitza mitjançant una nova suspensió pneumàtica del bogie.

Encara que sembli sorprenent, la majoria dels amortidors pneumàtics estan col·locats horitzontalment, ja que les oscil·lacions es produeixen per flexió. L'equilibri entre el pneumàtic que transmet i esmorteeix les oscil·lacions d'un vagó a un altre de forma horitzontal a tot el tren articulat, a una velocitat de 300 km/h, proporciona als passatgers un confort i confort únic.

Frenat del tren

Encara que el tren ha tractat de fer-lo el més ràpid possible, quan va carregat té un pes total de 490 tones. Quan tota aquesta massa circuli a una velocitat de 300 km/h, en cas d'emergència haurà de detenir-se com més de pressa millor, a menys de tres quilòmetres i mitjana. Per a això, com és habitual, no n'hi ha prou amb posar un fre a cada roda.

Els bogies motors disposen d'una banda d'una sabata de frenat en roda i per un altre els motors frenen actuant com a alternador, ja que deixen de ser motors per a convertir-se en generadors, eliminant el corrent elèctric generat en forma de calor mitjançant un reostato. El motor síncron també pot ser alternador. Per a això, primer s'elimina el corrent a la qual se subministra i després s'envia el corrent d'excitació.

Això no és suficient per a frenar adequadament un tren de 490 tones. A més, cada eix de les rodes té 4 discos de frenat (88 discos en total). A més, aquests discos de gran potència no han de ventilar-se en frenar.

Ferrocarril

Per a completar aquesta màquina ha estat necessari que els semiconductors i l'electrònica aconsegueixin els nivells de desenvolupament actuals. Trigaria molt a descriure els circuits electrònics de la locomotora del TGV Atlàntic, però direm que l'objectiu principal és capturar el corrent elèctric des de la catenària de la línia (alterna de 25.000 volts o recta de 1.500 volts) mitjançant un pantògraf i convertir-la en corrent adequat per a motors autosíncronos.

La informàtica també té un paper important en la seguretat del tren. El conductor de la màquina és informat per nombrosos microprocessadors després de les operacions automàtiques de senyalització i control. Molts dels elements de seguretat del tren són analitzats mitjançant microprocessadors: frens, estabilitat de bogies, funcionament dels elements de tracció i transmissió, temperatura dels eixos, funcionament dels senyals, etc. Diguem que el TGV atlàntic és el millor conservat en seguretat comparat amb altres trens francesos.

També és un tren barat des del punt de vista de consum. Aquest tren necessita 1,5 litres de gasolina per passatger i cada cent quilòmetres, que es desplaça tres hores des de París fins a Bordeus. Des del punt de vista de consum costarà sens dubte trencar la marca marcada pel TGV Atlàntic.

Vagons

Si ens fixem en els vagons, tot ha millorat respecte al tren mediterrani. S'han realitzat millores en la decoració interior i s'han instal·lat nous tipus d'habitacions. El tren disposa d'una sala de primera classe, habitacions per a famílies i grups de viatgers, sales per a nens, guarderia, cabines telefòniques, etc.

El color exterior del tren també ha canviat, ja que és blau i gris metal·litzat. Pintar amb pigments metàl·lics un tren de 238 metres no és una broma, però no es pot negar que s'ha guanyat en estètica.

Els vagons poden agafar un total de 522 passatgers i portar-los a una velocitat de 300 km/h, cuidant molt bé l'important silenci, la velocitat i la seguretat.

Donades les característiques d'aquest tren, els compradors s'han acostat en breu. Ja són clients d'SNCF a França i RENFE a Espanya, i a partir d'ara, per descomptat, comptarà amb altres compradors.