¿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).
- Es un modo de baja adherencia o rozamiento. Eso implica que con mucho menor esfuerzo (energía) puede llevar más carga.
- 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.
¿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.
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.
Únete al grupo de Movilidad y Transporte y forma parte de la red que sigue creciendo en España y Latinoamérica. Sólo por suscribirte recibirás contenidos GRATUITOS sobre Movilidad Sostenible y Sistemas de Transporte.
datos de contacto -- juliansastre@juliansastre.com
Me ha gustado mucho el tema de las velocidades comerciales. Sabía efectivamente que los otros modos de transporte habían llegado a su “asíntota” pero no sabía que algunos estudios indicaban que para el ferrocarril podría situarse en los 500 km/h. Creo que este avance puede posicionar aún más al ferrocarril frente al avión en distancias de hasta 1.000 km, inclusos algunos más, no crees?
Hola David. En España ya tenemos servicios de alta velocidad Barcelona-Malaga y Sevilla-Barcelona en ese entorno de distancia con buena aceptación aunque en ellas el líder es el avión. Sin duda mejorará la captación cuando alcancemos esas velocidades comerciales.
Gracias por comentar
Perdón por mi ignorancia, pero tenía entendido que a partir de los 300 km/h aproximadamente empezaba a aparecer el riesgo de vuelo de balasto, ¿cómo entonces es posible que el tren francés del video supere los 575 si se aprecia que la vía es de balasto?
Hola Manuel, muy buen comentario. Efectivamente, a partir de 300 km/h se produce ocasionalmente problemas de vuelo de balasto. Pero no siempre, por lo que hay incluso líneas de investigación sobre el tema. Pero ya ves que en el caso del video se llegó a casi 600 con balasto por lo que no se descarta definitivamente su uso para esas velocidades.
En efecto, se ha comprobado que el vuelo de balasto se produce a partir de velocidades de 300 km/h. Pero no es una cuestión que dependa de la velocidad. También intervienen factores como la longitud del tren, la distancia entre bogíes (empate), la forma y diseño del carenado del tren (parte inferior).
Esto quiere decir que de alguna forma depende del diseño del fabricante.
En relación con el efecto del vuelo de balasto durante el viaje del record de 575 km/h, este se hizo en condiciones ideales, con un tren adaptado, más corto, con el carenado adaptado, con un tramo de línea elegido para conseguir el record, etc. Es decir, condiciones ideales que no son representativas de un tren comercial para poder hablar de vuelo de balasto.
Hola Joaquín, te comento de forma resumida a tus lecciones de sabio ferroviario:
– Efectivamente, el tema del balasto depende de muchas cuestiones como las que citas, pero no está claro cuál es la que más influencia tiene. Por eso se siguen haciendo investigaciones y las últimas parece que apuntan más a determinados elementos del balasto más que a otras cuestiones. Pero está por aclarar.
– Que el récord se consiguió en circunstancias especiales, claro, así se consiguen la mayoría. Yo las llamaría favorables más que ideales. Porque realmente, al día siguiente o poco después si mal no recuerdo, esa misma vía se ponía en servicio comercial. Es decir, era la misma vía. Es verdad que al tren se le habían dado unos “retoques”, especialmente en el carenado. Pero la realidad es que el récord era muy superior al de las velocidades de operación comercial a 300 en las que ocurrieron los problemas de balasto, por lo que el resultado es alentador. Y frente a los temores de las primeras veces, ya se ha visto que no es un problema tan frecuente como se temía este del vuelo de balasto.
Gracias por entrar en este tema tan interesante.
Ojala pudiese trabajar algun dia en algo de trenes.En España solo esta Adif no?
Hola Oscar, aparte de ADIF hay muchas posibilidades de trabajar en temas ferroviarios en España: Operadoras, principalmente RENFE, ingenierias, constructoras….otra cosa es que ahora no haya mucha contratación por la persistente crisis.
Hola, Julián, este artículo ha enlazado muy bien con algo sobre lo que vengo pensando últimamente (aunque viene de lejos) y sobre lo que quizás tú puedas aconsejarme pues creo que es una línea de pensamiento transversal sobre la que no encuentro material publicado. Creo que se puede decir que está en el campo que podríamos llamar filosofía del transporte; me explico: Últimamente por razones que no vienen aquí al caso he estado pensando en los conceptos de estructura y superestructura que propone Gramsci en su análisis comunista, si bien me parece que ése es un pensamiento caduco creo que es recuperable para otro tipo de análisis, el del transporte sin ir más lejos. Según mi idea está desarrollado el estudio del impacto sobre la demanda del ferrocarril de todos los aspectos materiales del mismo que se citan claramente en esta entrada y que, siguiendo en cierto modo a Gramsci, podríamos llamar Estructura en general, sin embargo no he encontrado ninguna reflexión al respecto de todos los otros aspectos no estructurales (en el sentido antes dicho) que rodean a un modo, se me ocurren por ejemplo las elaboraciones culturales que lo rodean (su imagen en la literatura, el cine, el teatro, la red…), su valoración social o prestigio y su tradición o historia en cada territorio, elementos que pienso se relacionan entre sí configurando un aspecto “inmaterial” o Superestructura y cuyo peso no está en mi opinión nada claro. Quizás un ejemplo ilustre mejor lo que quiero decir, detrás de aquella antigua frase “en avión viajan los ricos” creo que hay mucho más que “costes y tiempos” y en el cambio que se ha producido al respeto hasta la situación actual claro que han intervenido todos los aspectos materiales de la cuestión del transporte, pero puede que también haya influido que la imagen que teníamos del capitán fumando uniformado de camino a su aeronave seguido de una cohorte de guapas auxiliares de vuelo y al que espera un pasaje de clase alta ya no sea nunca más así…
Un abrazo.
Hola Alvaro, interesante comentario. Yo creo que la parte cultural (superestructura de la que citas) se va trabajando cada vez mas. De hecho yo ya hablaba de ello en el articulo sobre http://juliansastre.com/es-el-transporte-publico-un-bien-de-segunda-clase/
En Europa, e incluso en España, ya es usado el Transporte Público por todos y no solo por los cautivos, en especial los modos ferroviarios urbanos y metropolitanos y por supuesto el AVE, el que se lo pueda pagar.
Desde el punto de vista analítico, en los modelos econométricos de transporte, estos aspectos tratan de recogerse en la constante modal, pero esto daría para un curso. También hay técnicas como grupos focales que trabajan estas cuestiones.
En cualquier caso, muchas gracias por comentar. Y creo que lo que planteas da para un futuro post, tomo nota.