Otros mundos ferroviarios. Japón (III)

En este post, el tercero de la serie sobre el ferrocarril japonés, intentare describir los logros técnicos específicos en señalización y las diferencias con otros ferrocarriles del mundo. Las infraestructuras japonesas se han construido de una forma muy diferente, por todos los condicionantes geográficos comentados en post anteriores, pero también por una serie de decisiones adoptadas por las JNR y las JRs sucesoras a la hora de diseñar la red de alta velocidad, siempre teniendo en cuenta que la mayor parte de estas decisiones se tomaron cuando eran la única línea de AV del mundo y la experiencia externa a la que podían recurrir era muy limitada.

Como en todos los post de la serie la mayor parte de las citas son del trabajo ganador del premio COMSA 2009 sobre el ferrocarril japonés, un fantástico trabajo de Ramiro Pigem Cameselle, dirigido por Andrés López Pita.

En lo que se refiere a la seguridad de circulación, hemos visto que Japón fue pionera a la hora de suprimir las señales laterales en las vías. Se ideaba un sistema de circuitos de vía que alertaba al tren de la velocidad máxima a la que podía circular (ATC). Del mismo modo que antes, los intereses comerciales de las compañías JR hacen que se plantee la posibilidad de mejorar el sistema aumentando la capacidad admisible en las líneas. Nace así el ATC digital.” Los circuitos de vía son una tecnología del siglo XIX (1872 en el diseño seguro),  en la que se usa el carril como un circuito eléctrico normalmente abierto que se cortocircuita con los ejes del tren, el gran desarrollo de los ferrocarriles japoneses (creo que los primeros en usarlos asi fueron ellos pero no lo he podido confirmar ni desmentir) es utilizar ese circuito eléctrico para además enviar una señal al tren, informándole de la velocidad que debe llevar, estos primeros sistemas ATC analógicos tenían muy poca capacidad de transmitir información, con cuatro marchas previstas (100-75-50-25%) y algunas informaciones auxiliares.

ATC

“La vía Shinkansen se divide en tramos de 3.000 metros, que se corresponden con la señalización tradicional de bloqueo. Los circuitos de vía identifican la ubicación del tren en la red, y sólo cuando el cantón de bloqueo está libre, puede proseguir el tren. Si se intentara pasar a baja velocidad cuando un cantón está ocupado, el circuito de vía lo detendría inmediatamente. Con el régimen de velocidad original, si el tren precedente se encuentra a un solo cantón de distancia, la velocidad máxima permitida no superaría los 30 km/h, pero la cifra se elevó luego a 160 km/h, y, posteriormente, a la velocidad máxima de 210 km/h en el caso de que hubiera dos o más cantones libres entre trenes. Un tren Shinkansen, pues, sólo podía circular a plena velocidad si había más de dos cantones de bloqueo libres con respecto al tren precedente. Este hueco de 6 kilómetros era más que suficiente para que el tren pudiera frenar desde su máxima velocidad y pararse totalmente a una distancia de 2,5 kilómetros del tren precedente. Para garantizar la fiabilidad del Sistema Automático de Control de Trenes (ATC), introducido por primera vez en Japón, se triplicaron sus unidades procesadoras, y si una de ellas ofrecía un dato distinto a las otras dos, se descartaba.” Estos principios de distancias de bloqueo son los mismos que se llevan usando en todo el mundo desde que existen sistemas de bloqueo eléctrico (años 20 del siglo XX) aunque las velocidades y el uso de sistemas triplicados era una novedad, no hay nada intrínsecamente diferente a la tecnología que se estaba probando en Europa en la misma época, por ejemplo los primeros sistemas de LZB, que necesitaban de los ordenadores de gama alta existentes.

En este mismo blog he hablado del ERTMS y de los sistemas de señalización y seguridad. El sistema japonés tenia que cubrir por primera vez (al menos por lo que yo se) el problema de la falta de visibilidad de la señalización lateral por el conductor, para lo que adoptaron la señalización en cabina. El sistema se diseñó de forma conjunta con sus proveedores, este es el sistema adoptado por muchos metros. Este sistema, complejo pero muy efectivo, se quedo pequeño por problemas de capacidad, modernizándose con equipos digitales, que permitían que la información enviada por el Circuito de vía fuera mucho mas compleja, un paquete de datos mas largo y variable, que junto con la información almacenada por el equipo embarcado, permite aumentar la seguridad, el confort y la capacidad. En cuanto a capacidad este sistema es similar al ERTMS N2 pero en lugar de utilizar comunicación radio continua tiene comunicación continua con la vía. El principal problema de estos sistemas es que estas obligado a que el mismo proveedor te equipe los sistemas embarcados (el captador y el ordenador de proceso) y los sistemas de vía, tanto de señalización clásica como de ATC, algo que en la redes europeas no ha sido muy habitual, por el problema de monopolio que generaba. En Alemania se soluciono diseñando el LZB, que funciona de manera parecida pero sobre un cable radiante independiente en el centro de la vía (C-5 cercanías de Madrid lo tiene) en conjunto con dos proveedores, para evitar la vinculación con una sola empresa y poder utilizar el sistema de control sobre diferentes plataformas de detección de tren en vía, (circuitos de vía de diferentes generaciones y contadores de ejes). Por otro lado el coste de cada kilómetro de vía aumenta, al tener que instalar equipos de codificación en vía y/o cables adicionales en la vía.

“El ATC digital fue sometido a varias pruebas por JR East en el tramo Morioka-Hachinohe antes de comenzar con su uso regular en 2002. Los intervalos entre trenes pueden ser ahora de un mínimo de 120 segundos, 30 menos que antes, con una deceleración 3 km/h/s. Cuatro años más tarde, el Tokaido Shinkansen sustituía el ATC convencional, que le había dado grandes resultados en más de 40 años, por el sistema digital. En este caso se daba un inconveniente que había que solucionar: los trenes que circulan desde Tokio hasta Hakata, circulan también por la Sanyo Line, dónde las instalaciones de tierra corresponden al ATC convencional. Por lo tanto, los trenes que hacen este recorrido actualmente están dotados de equipos compatibles con los dos sistemas que aun conviven en la red nipona de alta velocidad.” El tener dos sistemas de señalización de diferentes generaciones es problemático, pero no tanto como el problema original europeo de varios sistemas por país (enalce) sobre todo cuando los proveedores son los mismos de ambos sistemas y no tienen interés en mantener la tecnología obsoleta en servicio mas de lo necesario. Las fechas del cambio tecnológico son las mismas que las del análisis y puesta en marcha del ERTMS en Europa y ambos sistemas aprovechan los mismos cambios tecnológicos en el sector de la electrónica.

“Actualmente JR East está desarrollando un sistema de control mediante comunicación por radio. Los sistemas existentes actualmente utilizan un circuito de vía para detectar la posición de los trenes y emiten una señal a los convoyes. Sin embargo, este sistema requiere muchas instalaciones a pie de vía y una gran inversión de construcción y mantenimiento. El nuevo método ATACS (Advanced Train Administration and Communications System) reduce estas necesidades, de manera que cada tren determina su posición e intercambia datos con los demás trenes por radio sin la necesidad de gran densidad de instalaciones adyacentes a la vía. La gran ventaja de este nuevo sistema es por lo tanto la importante reducción de costes. Además, como en el ATC digital, no se verá alterado si cambian las exigencias: aumento de velocidad o de frecuencia entre trenes. De la misma forma que en el ATC digital, la detención se realizaría progresivamente, siguiendo un patrón que adapta la evolución del frenado al confort del viajero: primero una desaceleración ligera que va aumentando para finalizar con una desaceleración máxima. El esquema de funcionamiento también es similar, cambiando únicamente los métodos e instalaciones de comunicación. La comunicación entre la unidad de tierra y los trenes determina la posición del tren, que con su tecnología de a bordo genera el patrón de frenado que ha de seguir. Es un sistema muy similar al ERTMS de nivel 3 que se está desarrollando en Europa.”

El ámbito de la señalización en el que Japón fue puntero ha sido alcanzado por Europa, aunque no usado de una forma tan eficaz como allí, la dependencia del camino es muy grande y no hay necesidad de grandes cambios en la forma de explotar en Europa para acercarla a modelos japoneses por que no tenemos la misma necesidad de capacidad, salvo en corredores muy específicos y la dispersión en la normativa de cada país. Desde la ERA están intentando formalizar matemáticamente las normas de todas las administraciones para facilitar su uniformización, en aras de la unificación del mercado y la mejora de la competitividad interna de la unión.

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