TGV. Nuevo tren de alta velocidad
1990/03/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria
Entre el TGV atlántico y mediterráneo, aparte del color, no hay diferencia aparente. Una de ellas es azul y otra de color naranja, y desde el exterior son las mismas: forma, seda, etc. Sin embargo, si se analiza con mucho cuidado, hay diferencias. Tiene algo alterada la carrocería de la locomotora y entre los coches motores primero y último, el atlántico TGV (que ahora va hasta Burdeos) tiene otros diez coches, mientras que el mediterráneo tiene ocho.
También hay diferencias en cuanto a la velocidad de uno y otro. El TGV normal tiene 270 km/h y el TGV atlántico 300 km/h. Sin embargo, para conseguir 30 km/h más con los pasajeros, manteniendo el mismo vestido exterior, ha tenido que cambiar mucho la maquinaria interior. Los motores son nuevos (más ligeros y el doble de potencia), la capacidad de los frenos es un 70% mayor (y además tienen mecanismo antibloqueo), suspensión neumática, coches más ligeros, etc.
Estructura del TGV
Sin embargo, la estructura básica de TGV se ha mantenido, ya que la práctica ha demostrado que es muy adecuada para su funcionamiento. El tren completo consta de dos coches motores (el primero y el último), entre los que se han formado un conjunto homogéneo de diez coches articulados, con un bogie bajo la intersección de dos. No hay, por tanto, como en los trenes clásicos, una locomotora y después coches independientes, cada uno con dos bogies.
La estructura de TGV tiene sus ventajas. Al tener menos bogies y carecer de espacio entre coches, el aire genera menos turbulencias y es aerodinámicamente mucho mejor. Bogies de tres metros con motor suspendido. El motor transmite la velocidad de giro a la rueda mediante reductor y unión homocinética (como en los automóviles).
Cada vez más rápido
En cuanto a la velocidad del tren, el cambio de la velocidad normal de 270 a 300 km/h ha generado muchos problemas, más que el de 200 a 260 km/h. La velocidad habitual de 200 km/h la alcanzó en 1967 el tren “Capitole” que viajaba en Francia de París a Tolosa. En 1981 la velocidad normal de TGV era de 260 km/h. Para conseguirlo, sin embargo, los materiales y la estructura del tren eran totalmente diferentes. Los vagones operativos e intermedios formaban un conjunto articulado mucho más ligero.
Problemas de velocidad
Acelerar la velocidad parece bastante fácil a simple vista. Parece suficiente con poner más potencia para la tracción, pero las cosas no son tan sencillas. Si intentáramos establecer una velocidad de 300 km/h a un tren normal, se descargaría ya que antes la vía y los bogies no estarían preparados para ello. Además, esta velocidad incrementaría el problema de frenado.
El aumento de la velocidad implica, por tanto, el desarrollo de diferentes parámetros contrapuestos entre sí. Debe ser más ligero para superar por un lado la inercia de la masa a acelerar y frenar, y por otro lado, tener mayor potencia. Sin embargo, para transmitir más potencia es necesario tener más peso.
Las fuerzas en juego en el tren suben en función del cuadrado de la velocidad y en función del cubo de la velocidad de potencia o del cuadrado. Por ejemplo, la velocidad de paso de 100 a 200 km/h requeriría cuatro veces la resistencia y ocho veces la potencia. En el TGV atlántico también se ha producido un aumento de la velocidad del 11% (de 270 a 300 km/h), una resistencia aerodinámica del 23% y una potencia del 36%. En la práctica se ha tenido que revisar todo en el tren: suspensión, estabilidad, confort de los viajeros, frenado, señalización, etc.
Nuevo ferrocarril
Los carriles, sin embargo, no han supuesto grandes quebraderos de cabeza, ya que en el diseño de las vías para TGV se tuvieron en cuenta velocidades superiores a los 300 km/h. Por eso han conseguido experimentalmente el récord mundial.
Pero no hay que olvidar lo que ocurrió en 1955 en un tramo recto de Landeta. Los trenes experimentales CC y BB alcanzaron una velocidad de 331 km/h, pero el ferrocarril quedó lleno de ondas y deteriorado, de manera que todo fue renovable. A estas velocidades los golpes de costado de las ruedas de los bogies son enormes (crecen en función del cuadrado de la velocidad).
El ferrocarril para TGV, por tanto, es mucho más pesado, estable y de mayor precisión que el ferrocarril normal. Los carriles son más pesados, de 60 kg/m (los normales pesan 45 o 50 kilos) por metro. Están mejor asentados en el suelo y a la vez se han controlado cuidadosamente el paralelismo y la alineación. Se han utilizado instrumentos ópticos precisos para que en una longitud de kilómetro haya diferencias de pocos milímetros.
Cada kilómetro de vía para TGV tiene una media de 4.000 toneladas de balastos, 1.600 de traviesas (392 toneladas de peso) y 120 toneladas de carriles.
Motores y potencia de la locomotora
Sin embargo, para circular a esas grandes velocidades, además de un buen ferrocarril, se necesitan máquinas de alta potencia. Aunque el tamaño de la locomotora sólo lo pueda suponer, el mayor espacio no lo ocupan los motores, sino los transformadores, ventiladores, rectificadores de corriente y moduladores de corriente. Los motores están muy bajos entre las ruedas de los bogies. Por lo tanto, tienen muy poco espacio. No hay que olvidar que además de los motores, el reductor debe llevar sus propios engranes y las cajas de transmisión. Los motores del TGV mediterráneo son de corriente continua, con 550 kW o 750 Z.P. cada uno. En la actualidad. El TGV atlántico tiene motores autosíncronos de 1100 kW o 1500 CV cada uno. Esto supone el doble de potencia, a pesar de ser más pesada (1430 kg).
Para indicar brevemente el funcionamiento de los motores autosíncronos, se puede hacer girar la brújula moviendo el imán a su alrededor. El imán puede ser sustituido por tres bobinas fijas alrededor de la aguja. En tres bobinas se puede pasar corriente alterna, creando un campo magnético rotativo y haciendo girar la brújula. En la práctica se sustituye la brújula por un rotor con bobinas. De esta forma conseguimos un motor síncrono de excelente rendimiento, pero tiene sus obstáculos. Por un lado, no sale él solo y por otro, gira a la velocidad que marca la frecuencia de la corriente. Obviamente, no se parte porque el campo magnético creado en el estator se pone a golpe en régimen de 3000 revoluciones por minuto (50 Hz de corriente) y se ve afectado por la inercia del rotor.
El campo magnético debe comenzar a girar lentamente para que el rotor se inicie lentamente. Por lo tanto, la frecuencia de la corriente debe pasar progresivamente de cero a frecuencia normal. Esto se consigue en la actualidad gracias a los semiconductores.
Gracias a los circuitos realizados con semiconductores, el momento del par de fuerza es máximo al arrancar (al igual que en los motores de corriente continua), obteniendo altos rendimientos y obteniendo una gran potencia comparada con el peso propio.
Al ser el motor más pequeño se puede colocar mejor en el bogie. El espacio entre ejes de Bogie es pequeño y entre ruedas o carriles (1,435 m) y el motor convencional de corriente continua no sería posible.
Cada bogie tiene dos ejes y su motor, 1.300 kW o 1.750 caballos. El TGV atlántico tiene dos bogies motores delante y otros dos detrás, por lo que con ocho ejes puede dar una potencia de 14.000 caballos en el arranque y 12.000 velocidades ordinarias.
En tramos cortos y experimentalmente cada motor puede aportar 1.900 caballos de potencia (un total de 15.200), lo que ha permitido romper la marca alemana de 406,9 km/h.
Confort del tren
Con todas estas potencias de los motores se debe conseguir que el tren se mantenga a una velocidad de 300 km/h sin vibraciones y con una estabilidad total. En ello tienen mucho que ver la inclinación hacia el interior de los raíles y el perfil cónico de las ruedas. Esta forma hace que los vagones siempre tengan tendencia a ir a la mitad de los carriles.
Cuando el tren está en marcha, las vibraciones a izquierda-derecha son siempre frecuentes y los golpes de albahaca en zigzag aumentan en función del cuadrado de la velocidad, perjudicando la estabilidad de todo el tren. El confort de los viajeros, por supuesto, tampoco es beneficioso.
Bogies
En el TGV mediterráneo se demostró que la distancia entre ejes en los bogies era de 3 metros. Manteniendo esta distancia, se revisaron las conexiones entre bogies y ejes, así como entre bogies y vagones. Es recomendable disponer de un bogie ligero. Por un lado, el bogie es la única masa que no está suspendida y, por otro lado, cuanto más rápido es, menos golpes se dan al ferrocarril.
El bogie motor no soporta directamente los motores. Los motores van unidos al bastidor de la máquina y la transmisión hasta las ruedas se realiza gracias a un enlace homocinético. Sin embargo, entre las ruedas y el bogie existen complejas uniones elásticas para amortiguar esfuerzos progresivos, verticales y de albahaca (zigzag). Para medir y controlar todos estos parámetros se ha utilizado además el ordenador.
Los bogies portantes o intermedios son de la misma forma, tamaño y estabilidad que los bogies tractores. Cada bogie portador sujeta los extremos de dos coches consecutivos. Por eso es muy importante que las vibraciones del bogie no se transmitan a los vagones. La unión entre ambos coches se realiza mediante un gran anillo que se realiza mediante una nueva suspensión neumática del bogie.
Aunque parezca sorprendente, la mayoría de los amortiguadores neumáticos están colocados horizontalmente, ya que las oscilaciones se producen por flexión. El equilibrio entre el neumático que transmite y amortigua las oscilaciones de un vagón a otro de forma horizontal a todo el tren articulado, a una velocidad de 300 km/h, proporciona a los pasajeros un confort y confort único.
Frenado del tren
Aunque el tren ha tratado de hacerlo lo más rápido posible, cuando va cargado tiene un peso total de 490 toneladas. Cuando toda esta masa circule a una velocidad de 300 km/h, en caso de emergencia deberá detenerse lo más rápidamente posible, a menos de tres kilómetros y media. Para ello, como es habitual, no basta con poner un freno a cada rueda.
Los bogies motores disponen por un lado de una zapata de frenado en rueda y por otro los motores frenan actuando como alternador, ya que dejan de ser motores para convertirse en generadores, eliminando la corriente eléctrica generada en forma de calor mediante un reostato. El motor síncrono también puede ser alternador. Para ello, primero se elimina la corriente a la que se suministra y después se envía la corriente de excitación.
Esto no es suficiente para frenar adecuadamente un tren de 490 toneladas. Además, cada eje de las ruedas tiene 4 discos de frenado (88 discos en total). Además, estos discos de gran potencia no deben ventilarse al frenar.
Ferrocarril
Para completar esta máquina ha sido necesario que los semiconductores y la electrónica alcancen los niveles de desarrollo actuales. Tardaría mucho en describir los circuitos electrónicos de la locomotora del TGV Atlántico, pero diremos que el objetivo principal es capturar la corriente eléctrica desde la catenaria de la línea (alterna de 25.000 voltios o recta de 1.500 voltios) mediante un pantógrafo y convertirla en corriente adecuada para motores autosíncronos.
La informática también tiene un papel importante en la seguridad del tren. El conductor de la máquina es informado por numerosos microprocesadores tras las operaciones automáticas de señalización y control. Muchos de los elementos de seguridad del tren son analizados mediante microprocesadores: frenos, estabilidad de bogies, funcionamiento de los elementos de tracción y transmisión, temperatura de los ejes, funcionamiento de las señales, etc. Digamos que el TGV atlántico es el mejor conservado en seguridad comparado con otros trenes franceses.
También es un tren barato desde el punto de vista de consumo. Este tren necesita 1,5 litros de gasolina por pasajero y cada cien kilómetros, que se desplaza tres horas desde París hasta Burdeos. Desde el punto de vista de consumo costará sin duda romper la marca marcada por el TGV Atlántico.
Vagones
Si nos fijamos en los vagones, todo ha mejorado respecto al tren mediterráneo. Se han realizado mejoras en la decoración interior y se han instalado nuevos tipos de habitaciones. El tren dispone de una sala de primera clase, habitaciones para familias y grupos de viajeros, salas para niños, guardería, cabinas telefónicas, etc.
El color exterior del tren también ha cambiado, ya que es azul y gris metalizado. Pintar con pigmentos metálicos un tren de 238 metros no es una broma, pero no se puede negar que se ha ganado en estética.
Los vagones pueden coger un total de 522 pasajeros y llevarlos a una velocidad de 300 km/h, cuidando muy bien el importante silencio, la velocidad y la seguridad.
Dadas las características de este tren, los compradores se han acercado en breve. Ya son clientes de SNCF en Francia y RENFE en España, y a partir de ahora, por supuesto, contará con otros compradores.
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