Path dependence y el metro de Londres.

Cualquiera que haya estado en Londres se ha montado en su metro, es parte fundamental de una visita a la capital del UK. Lo que no tanta gente ha hecho es fijarse en una peculiaridad de este metro, el poco espacio entre la carrocería del tren y las paredes de los túneles.

Apenas hay unos centímetros, si lo comparamos con el metro de París o el de Madrid, ademas del mayor tamaño relativo del túnel frente al vehículo hay otra diferencia, ese montaje de cables y estructuras metálicas en el techo del túnel, la catenaria.

La catenaria, formalmente linea aérea de contacto (en ingles se usan las siglas OCL, Overhead contact line) es una estructura de cables y/o piezas metálicas en tensión eléctrica que, mediante el pantógrafo transmiten la energía eléctrica a los vehículos. El principio básico de funcionamiento es el de los coches de choque, el pantógrafo frota con la linea aérea y mediante ese contacto se transmite la energía eléctrica al motor de vehículo. Hay tantos tipos de modelos de catenaria como diferentes ferrocarriles, desde la catenaria rígida como la del metro de Madrid o Barcelona, las catenarias tranviarias, la CR-160 clásica de RENFE/ADIF y las nueva catenarias para 350 km/h de las LAV. El récord actual de velocidad conseguido con catenaria es de 574,8 km/h en las LAV de la SNCF.

Casi todos los ferrocarriles del mundo utilizan catenarias para la alimentación de los trenes eléctricos, sobre todo en los metros, siendo la única alternativa actual el uso de motores diesel en lineas sin electrificar. El vapor hace ya tiempo que no se utiliza en explotación comercial.

Entonces, si el metro de Londres no tiene catenaria, porque no le cabe, no es diesel, porque no tienen una locomotora diesel independiente y no es de vapor, porque los túneles no están llenos de humo, ¿Como hacen para que se muevan esos trenes?

Utilizando otra forma de suministrar energía eléctrica diferente, el tercer carril, que no tiene nada que ver con el “otro” tercer carril. Este tercer carril consiste en utilizar un carril, aislado eléctricamente de los otros, como método de suministro de electricidad al vehículo, que tiene un captador/frotador en los bajos donde se conecta, utilizandose los carriles donde apoyan los bogies como retorno para cerrar el circuito y en otros casos, como el de Londres, un cuarto carril. Poniendo otro ejemplo accesible, es el principio de funcionamiento del tren de la bruja.
Para los cambios de vía existen configuraciones especiales que permiten no perder tracción en ningún momento. Hay muchas configuraciones posibles, con captación inferior, superior o lateral. Como normalmente se usan en redes cerradas y aisladas, cada sistema es diferente entre si, no habiendo dos electrificaciones exactamente iguales.

Esta forma de tracción es útil para sistemas de gálibo reducido, como el metro de Londres y el REF de Paris, Metro de Berlin, etc. pero tiene limitaciones importantes por sus propias características:

  • Al tener tan poca distancia entre elementos en tensión y la tierra, la tensión máxima es limitada y la cantidad de energía a transmitir por el sistema también, la distancia entre subestaciones es muy reducida. En el caso de Londres la tensión nominal del sistema es de 630 Vcc. Casi todos los metropolitanos con electrificaciones de menos de 1000 V utilizan tercer carril, aunque cada vez mas como catenaria rígida. Las electrificaciones para velocidades superiores a 160 km/h siempre requieren al menos 15 kV. En esos casos esta ya casi establecida que la tensión nominal ha de ser de 25 kV 50 Hz.
  • Al ser tan rígido el carril instalado la interacción dinámica entre frotador y carril desgasta mucho el frotador y se producen despegues a velocidades elevadas. Los despegues en corrientes alternas no tienen problema pero en continua producen arcos sostenidos en el tiempo que dañan tanto el carril como el frotador.
  • Tener un elemento en tensión eléctrica en el suelo de la plataforma es problemático para mantener un mínimo de seguridad para las personas, tanto para los usuarios (caídas a la vía accidentales pueden desencadenar electrocuciones) como para los trabajadores, dificultando los trabajos de mantenimiento. En túneles es complejo pero en entornos abiertos este problema es tremendamente grave.

A día de hoy no conozco ningún caso de nueva instalación con carril de captación superior, similar al Metro de Londres, el metro de Copenhague utiliza un captador lateral mas parecido a una catenaria rígida que a un tercer carril clásico. Si no es por compatibilidad con sistemas existentes y en los lugares en donde se dispone, se considera una instalación obsoleta y se estudian medidas para sustituirla o al menos limitarla a las zonas ya existentes. Tener compatibilidad entre esta electrificación y la aérea es sencillo porque los sistemas eléctricos de potencia pueden tener doble fuente de alimentación con dos capadores (pantógrafo y frotador) diferentes, pudiendo cambiarse el sistema de tracción incluso en movimiento.

Volviendo al titulo de la entrada, como el metro de Londres fue de los pocos que se inauguro con tracción vapor, con sus famosas casas falsas para evacuar los humos, no se preveia el espacio adicional en los túneles para electrificación aérea, por lo que, para suprimir el vapor y electrificar tuvieron que adoptar la tecnología del tercer carril. En su momento no era mucho peor sistema que la catenaria existente.
Con el paso del tiempo las limitaciones propias del tercer carril impedían mejorar las condiciones de explotación mientras que ferrocarriles metropolitanos posteriores, que adoptaron catenaria o no tenían esos problemas de gálibo en los túneles, no se vieron tan limitados. Una decisión del siglo XIX tiene efectos muy importantes para los usuarios del siglo XXI.

Actualización: Despues de escrito el articulo, he leido en otra fuente que uno de los criterios a favor de usar tercer carril con alimentación lateral (el único tecnicamente moderno) es si permite ahorrar sección de tunel. Si el metodo constructivo del tunel permite una sección mas reducida se utiliza tercer carril, si la sección del túnel lo permite se utiliza catenaria convencional o catenaria rigida.

Anuncios
Esta entrada fue publicada en Uncategorized y etiquetada , , , , . Guarda el enlace permanente.

12 respuestas a Path dependence y el metro de Londres.

  1. Pingback: Enlazando cosas #6 | Enlazando Cosas

  2. Pingback: El porque de la electrificación a 3.000 V cc | ruedaycarril

  3. Pingback: 9 Millones de pasajeros | ruedaycarril

  4. Pingback: Trenes de dos pisos. ¿Donde y para que? | ruedaycarril

  5. Dubitador dijo:

    Acabo de dar con la pagina y me he zampado de golpe varios articulos.
    El tren es muy interesante, pero el concepto de la maquina arrastrando una serie de vagones me parece una remora, herencia del viejo ferrocarril a vapor que fuerza a que todo sea muy solido, muy pesado y de escasa flexibilidad.
    El tema de la catenaria me ha devuelto el recuerdo de un tema que en su momento se me antojó fantastico.
    Se trata del tren, mas bien vagones, con arrastre por cable, similar al telearrastre de las pistas de esquí.
    Seria practicamente como un teleferico, pero los vehiculos no irian colgados del cable sino que se deslizarian sobre railes y serian arrastrados por un cable, similar a los tranvias de San Francisco que suben y bajan por esas famosas y portentosas cuestas.
    ¿No seria poco menos que ideal esa forma de propulsion para el metro?
    ¿No convertiria el tomar un metro en algo muy similar a usar un ascensor?
    En metros de nueva construccion no habria problemas para que el tunel tuviera un trazado mucho mas proximo a la superficie, facilitando la proliferacion de estaciones y su directa accesibilidad, evitando las costosas y caracteristicas estaciones cavernarias.
    ¿Existe o ha existio algo por el estilo?

  6. Saludos y ante todo gracias por los comentarios.

    El sistema de propulsión que propones ya existe, se llama funicular (http://es.wikipedia.org/wiki/Funicular) y se usa para superar montañas.
    A nivel de uso en ferrocarriles convencionales no es eficaz por que la longitud de la “cuerda” necesaria es muy larga y se producen muchas perdidas de energía desde la polea hasta el vehículo para su uso a altas velocidades (mayores de 20-30 km/h) y recorridos largos.
    Este sistema de tracción no permite tener cambios de vía ni vías de apartado y solo funciona en carrusel, al menos en casi todas las configuraciones conocidas.

    El tema de la profundidad de las estaciones es diferente. Las estaciones no son profundas por ninguna necesidad técnica del metro o del ferrocarril. El problema de la profundidad se debe a que los subsuelos de las ciudades están muy poblados, hay redes eléctricas, de gas, telecomunicaciones, redes de aguas pluviales y residuales. Por debajo de estas están los garajes y los cimientos de los edificios y en muchos sitios, túneles para automóviles. Normalmente las primeras lineas subterráneas de las ciudades están bastante cerca de la superficie pero cada linea posterior suele tener que profundizar un poco mas y si ademas la ciudad no es muy llana, el túnel no puede adaptarse muy bien a los cambios de nivel de la superficie y eso suele obligarlo a ir muy profundo la mayor parte del tiempo.

    • Dubitador dijo:

      Rehola… encantado de haber establecido comunicacion.

      Ante todo grande el placer por el estilo claro, riguroso y ameno, sin incurrir en innecesario y anulador alarde de tecno-dominio, ese que — inconscientemente o no — suele utilizarse para dejar claras las distancias, asi como una enorme condescendencia cuando incurre en sacrificio del rigor, la complejidad, la completitud y sabiduria, en aras de una simplificacion adecuada a la miseria intelectual del contertulio, tic arrastrado de la epoca del autoritarismo negrero (colonial), en tanto que el ambito escolar-academico fue inicialmente concebido como antesala de la factoria y el cuartel, al menos para las gentes del comun, ese reservorio de asneidad practicamente irredimible.

      Como no soy un ingeniero no creo que deba preocuparme excesivamente por las mas que probables lagunas, confusiones e incoherencias en las que pueda incurrir, pues precisamente de lo que se trata es de solicitar que la competencia ingenieril intente ver el punto y resuelva los problemas, en vez de limitarse a señalar tal o cual error en el planteamiento y cerrar el caso, pues en tal caso se estaria exigiendo una competencia ingenieril imposible, vetando la participacion de quien no la posea y luzca en cada punto y coma.

      Casi cualquier empresa no la deciden las consideraciones ingenieriles sino la necesidad y la oportunidad, recabando a la ingenieria que aporte la mejor solucion dentro de las condiciones dadas.

      Ciertamente, lo que describo es una suerte de funicular, pero preferi no sugerirlo justamente para no evocar la precisa enumeracion de los contras que acompañan a su unica virtud.

      El funicular está concebido exclusivamente como una variante de ferrocarril destinado a escalar pendientes afectadas por una muy grande inclinacion, a veces tanta que no siempre esta claro por que no se optó por el mucho mas simple y economico teleferico.

      Tanto el teleferico como el funicular pueden considerarse como una suerte de ascensor, sobre todo con el asistido con un contrapeso.

      ¿Porque sugerir una suerte de funicular en horizontal?

      Pues porque el arrastre por cable es notablemente eficiente una vez se ha dotado al vehiculo una velocidad de crucero, la cual puede acercarse sin problemas a los 100 kmh.

      http://www.asiabookofrecords.com/featured/longest-cable-car-crossing-over-the-sea-2
      Dice el post que las cabinas de este teleferico pueden circular a unos 72 Kmh. Me parece que si ponemos un cable para la sustentacion y otro para el arrastre, la densidad de cabinas y su velocidad de trafico pueden incrementarse sustancialmente.

      Tambien es notablemente seguro al ser virtualmente imposibles los adelantamientos y colisiones, proporcionando a todos los vehiculos una velocidad uniforme y una fluidez maxima.

      Finalmente, es ideal para el vehiculo sin conductor… precisamente como un ascensor. Para que asi sea se propugna que el carril se instale sobre via elevada, la cual debera ser economica y gracil al limite de lo posible, diseñada para soportar el trafico de muchos vehiculos pero mas bien ligeros y de un modo que no importe ni afecte un cierto grado de bamboleo de la via y el vehiculo al objeto de lograr la mayor luz posible entre soportes, inspirando su concepcion en el de la montaña rusa de parque de atracciones.

      Pero ¿porque volver a una solucion tan esquematica y antigua? Pues para conjugar las prestaciones, de universalidad y fluidez del transporte moderno sin sus costes e ineficiencias, porque realmente todos los vehiculos automotrices, incluidos los electricos con alimentacion por cable, son notablemente despilfarradores de energia, tanto por el mismo coste y complejidad de los vehiculos como por su consumo energetico, asi como por las servidumbres infraestructurales que implican.

      Es un hecho asumido que hemos alcanzado el cenit del petroleo… y el petroleo es la savia de la civilizacion industrio-electronica, cuya probabilidad de relevo por las energias renovables es harto dudosa, cuanto menos en lo tocante a la universalidad, flexibilidad y sobre todo abundancia y bajo precio requeridos. La electricidad no sirve para todo ni en todos los casos. La llama y el motor de combustion interna estan tan intima y capilarmente imbricados que su sustitucion necesariamente supone una convulsion, poco menos que revolucionaria, que tanto puede retrotraernos a un modelo de sociedad casi preindustrial, como conducirnos a un modelo de desarrollo decente y logico tanto con nosotros mismos como con el medio ambiente.

      Añado un par de enlaces para documentar algunos postulados aqui vertidos:

      Sobre el cenit del petroleo
      http://ourfiniteworld.com/2014/01/29/a-forecast-of-our-energy-future-why-common-solutions-dont-work/

      Sobre las propiedades del cable de arrastre.
      http://www.lowtechmagazine.com/2013/03/the-mechanical-transmission-of-power-3-wire-ropes.html
      http://www.lowtechmagazine.com/2011/01/aerial-ropeways-automatic-cargo-transport.html

  7. Dubitador dijo:

    Se me quedó en el teclado mi conjetura respecto a la habitual profundidad de los metropolitanos.
    Creo que se debe a que el tren con su maquina motriz y vagones no puede con los desniveles pronunciados.

    Si se pretendiera una tunelizacion lo mas superficial posible resultaria sumamente sencillo realizarla bajo la calzada, siguiendo el trazado de las calles, pues las cabinas de digamos como mucho 4 pasajeros, similares al tamaño de un automovil corriente, podrian acometer curvas muy cerradas y con el apoyo del peralte que fuera conveniente.

    Ademas el calibre del tunel podria ser bastante ajustado y correr dos metros bajo tierra o adentrarse a una profundidad arbitraria, asi como emerger a la superficie tanto como se quiera o lo reclame la orografia.

  8. Dubitador dijo:

    Bueno… con este comentario ya dejo de dar la brasa sobre el tema 🙂
    En la direccion siguiente aparece el corto debate que tuve ocasion de mantener con el sr Gary Stark, quien propone un sistema de vehiculos sobre railes que se ha dado gran maña para mostrarlo en un video con animaciones graficas

  9. Pingback: El ferrocarril convencional no existe | ruedaycarril

  10. Pingback: La rentabilidad del ferrocarril en españa y el mundo | ruedaycarril

  11. Pingback: ¿Y ahora qué? | ruedaycarril

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s