¿Qué es un ferrocarril? Conceptos básicos de tecnología ferroviaria

Sevilla, España

Todos tenemos claro que un tren: es un modo de transporte que transporta pasajeros y mercancías, cada vez más rápido en algunos países, y que tiene aspecto muy metálico y fama de más sostenible.

Pero los que nos dedicamos profesionalmente al desarrollo de proyectos ferroviarios sabemos que detrás hay un sistema complejo que requiere un gran esfuerzo de diseño y de implantación como ya hablábamos en el artículo sobre estrategias de optimización de costes. Así que vamos a contar qué es un ferrocarril y lo que lo diferencia de otros modos.

Este artículo ha sido escrito con Eduardo Romo, Presidente de la Fundación de Caminos de Hierro.

¿Qué es realmente un ferrocarril?

Un ferrocarril es un modo de transporte terrestre que se caracteriza por:

  • Su trayectoria coincide con su trazado como vemos en las 3 figuras de abajo. Los modos a pie y en coche tienen grados de libertad en sus movimientos dentro de su trazado. La trayectoria no es exactamente como su trazado. En el ferrocarril si lo es y ello le define aportando sus ventajas (velocidad, seguridad, etc) y desventajas (principalmente rigidez en el servicio).

trayectoria

  • Es un modo de baja adherencia o rozamiento. Eso implica que con mucho menor esfuerzo (energía) puede llevar más carga.

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  • Esta misma reducida adherencia plantea un problema que es la necesidad de grandes distancias de frenado lo que limita su capacidad ya que los trenes deben distanciarse con gran margen de seguridad.
  • Otra cuestión importante del ferrocarril es que es un sistema compuesto de 5 grandes subsistemas:
    • La infraestructura es la base donde se asienta la vía. En tecnología ferroviaria hablamos de infraestructura a la preparación del terreno para que soporte la vía y el tren (terraplenes, desmontes, capas, subcapas, etc). Y también a lo que se denominan estructuras (Puentes- Viaductos y túneles). En este apartado se pueden considerar las estaciones.
    • La vía es bien conocida y uno de los puntos más sensibles. Cuando hablamos de este subsistema incluimos la propia vía, las traviesas (durmientes en otros países) y el balasto o placa de hormigón donde se soportan las anteriores.
    • La señalización y todas las instalaciones que implica y que son claves para la seguridad en la capacidad y la velocidad.
    • La electrificación es el cuarto elemento en el caso de que exista. En ferrocarriles modernos, al menos en Europa, se diseñan con este tipo de alimentación energética que implica catenaria, subestaciones eléctricas y otras componentes que aseguren el suministro.
    • Material Rodante o lo que conocemos como trenes que una vez colocados sobre la vía generan el servicio propiamente ferroviario.

Y la clave es que estos subsistemas encajen bien como un puzzle.

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¿Qué criterios hay que contemplar para su diseño?

No podemos ser exhaustivos pero os comentamos los criterios principales o básicos:

  • La importancia de la visión funcional. La infraestructura ferroviaria es un soporte para un servicio que es lo que fundamental. Debemos plantearnos preguntas y hacer análisis previos como, ¿Qué tráficos o mercados queremos atender? Pasajeros, Mercancías Corredoras principales, etc. ¿Cómo competir con la carretera?
  • Un ferrocarril debe diseñarse con una visión de largo plazo. Muchos de los ferrocarriles del Mundo se construyeron a finales del siglo XIX o principios del XX y están al final de su ciclo de vida. Los que diseñamos deben ser para otros 50-100 años.
  • Un ferrocarril veíamos que estaba compuesto por 5 subsistemas. La clave del diseño es la integración, si las interfaces no funcionan, aunque cada subsistema puede parecer óptimo, el tren nos dará buenas prestaciones.
  • Esta integración no es sencilla ya que la vida útil de cada componente es diferente:
    • Infraestructura: 50-100 años
    • Material Rodante: 25-35 años según tipología.
    • Vía o superestructura y señalización: unos 30 años, más o menos como la electrificación.
  • Hay que pensar el proyecto en todo su ciclo de vida: Planificación, diseño, implantación y mantenimiento. La optimización de la solución debe incluir todas las fases. De nada vale ahorrar 10% en inversión inicial si eso ahoga la explotación con sobrecostes e impide que sea competitiva con la carretera.
  • Hay que trabajar el trazado en sus tres dimensiones:
    • Planta: principalmente radios que afectan a las velocidades.
    • Longitudinal: especialmente pendientes que condicionan las cargas.
    • Peralte: que está muy relacionado con las prestaciones de confort para el pasajero que suele ser la condición de mayor exigencia de parámetros. Incluso por encima de la seguridad que es, por supuesto, una exigencia de partida  ineludible.
  • Las mercancías y los pasajeros tienen exigencias diferentes por sus propias características:
    • Las mercancías más que reducción de tiempo requieren fiabilidad, bajas pendientes y capacidad portante.
    • Los pasajeros exigen regularidad, confort, velocidad, frecuencias.

A continuación facilitamos algunos criterios de diseño que suelen utilizarse en los proyectos nuevos actuales, o al menos que son recomendables de partida (aunque luego hay que adaptarse a las condiciones económicas, orográficas, ambientales y urbanas):

  • Radios de más de 1000 metros y minimos de 500 metros.
  • Pendientes máximas para mercancías de 15 milésimas (1,5%) y no más de 20.
  • Aceleraciones transversales máximas de 1m/s2.
  • Velocidades de diseño máximas de 200 km/h para trenes convencionales de pasajeros (350-400 en Alta velocidad) y 120-160 en Mercancías.

¿Estamos en el límite de la velocidad de ferrocarril?

La velocidad en el ferrocarril ha evolucionado desde siempre.

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En la actualidad el récord de velocidad está establecido en 575 km/h obtenido por un tren francés de alta velocidad que se puede ver en este vídeo:

Pero la clave es la velocidad comercial, la de operación,  la que se ofrece al viajero. Mientras que en otros modos esta velocidad está estancada desde hace décadas, el ferrocarril va mejorándola:

  • El avión tiene velocidades máximas supersónicas pero la realidad es que los vuelos comerciales operan a velocidades medias de 800-1000 km/h por fenómenos aerodinámicos probablemente.
  • El coche se estanca en 100-130 km/h por seguridad.
  • En cambio el ferrocarril presta servicios en la actualidad a 300-350 km/h cuando hace 50 años no alcanzaba los 200 hasta que en 1964 apareció el primer tren de alta velocidad, el Shinkasen japonés, hoy en su aniversario especial. Estudios realizados por la Fundación Caminos de Hierro y la UIC apuntan a que el límite de velocidad operacional por criterios de mantenimiento y consumo se situará en los 500 km/h en las próximas décadas y llegará a su asíntota como los otros modos.

Seguiremos hablando del ferrocarril pero ahora animamos a expertos y usuarios a comentar.

Este artículo ha sido escrito por Eduardo Romo y Julián Sastre.

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