Circuitos de vía contra detección de rueda y contador de ejes en el tráfico de corta distancia

Transcripción

1 Circuitos de vía contra detección de rueda y contador de ejes en el tráfico de corta distancia Los sistemas de detección de rueda y contador de ejes proporcionan la información básica para la comunicación de vía libre, el control de instalaciones de paso a nivel, y varias tareas de conmutación o funciones de conexión. En el área de los trenes de larga distancia, esta tecnología está implantada en todo el mundo y está sustituyendo paulatinamente a los circuitos de vía. WHITE PAPER ES No obstante, los requisitos y las condiciones generales del tráfico ferroviario de corta distancia difieren significativamente de los del sector de la larga distancia. Con todo, también en este segmento se aprecia una tendencia a utilizar sistemas de detección de rueda y contador de ejes. Estas notas del producto ofrecen una visión general de las particularidades del tráfico de corta distancia y los retos que plantean para los circuitos de vía y los sistemas de detección de rueda y contador de ejes. Se exponen las ventajas y los inconvenientes de cada una de estas tecnologías. Autor: Gerhard Grundnig Christian Pucher Feb Frauscher Sensortechnik GmbH Gewerbestr St. Marienkirchen AUSTRIA T: F: Correo electr.: office@frauscher.com Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES

2 ÍNDICE 1. Historia del tráfico de corta distancia 4 2. Formas del tráfico ferroviario de corta distancia Ferrocarriles urbanos Tranvías Ferrocarriles rápidos 5 3. Marco jurídico (normativas EBO y BOStrab) 5 4. Requisitos especiales del transporte público de pasajeros de corta distancia Vehículos, material rodante Plataforma de la vía y entorno 8 5. Circuitos de vía en el tráfico de corta distancia 9 6. Detección de rueda y contador de ejes en el tráfico de corta distancia Circuitos de vía contra detección de rueda y 11 contador de ejes en el tráfico de corta distancia Bibliografía 13 Acerca de Frauscher Frauscher Sensortechnik GmbH es el principal proveedor de detección de rueda inductiva para el uso en la industria ferroviaria. La empresa fue fundada en 1986 por Josef Frauscher y cuenta con más de 115 empleados. La cuota de exportación de la empresa es del 90 %. La cartera de Frauscher Sensortechnik incluye el desarrollo, la planificación y producción de sensores innovadores, seguros y de alta disponibilidad, así como de sistemas de detección de rueda y contador de ejes para las más variadas aplicaciones de la tecnología ferroviaria. Esto incluye también la planificación y el desarrollo de proyectos individuales y la asistencia en la instalación y la puesta en servicio. Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 2

3 RESUMEN EJECUTIVO La experiencia práctica en proyectos de corta distancia en muchos países de todo el mundo demuestra las claras ventajas de los sistemas modernos de detección de rueda y contador de ejes. Para poder utilizarlos, no obstante, se requieren adaptaciones específicas para cada proyecto, que se deben discutir previamente con el operador, el integrador de sistemas y el fabricante del contador de ejes. La razón de ello es que las condiciones generales a menudo requieren soluciones específicas para cada proyecto, debido a la existencia de muy diferentes tipos de vehículos y características constructivas. En este segmento, los retos para el fabricante de sistemas de detección de rueda y contador de ejes son especialmente desafiantes. Se debe contar con un extenso know-how y amplios servicios, como el asesoramiento, las pruebas de laboratorio o los ensayos, y estar en disposición de adaptar los componentes de hardware y software a las condiciones generales respectivas. Las nuevas líneas y proyectos se equipan cada vez más con modernos sistemas de contador de ejes, ya que tienen ventajas considerables en cuanto a funcionalidad y costes operativos. En el tráfico ferroviario de corta distancia se aprecia ya un claro cambio de la tecnología de los circuitos de vía a los sistemas de detección de rueda y contador de ejes. Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 3

4 1. Historia del tráfico de corta distancia Desde un punto de vista histórico, el transporte público ferroviario de corta distancia tiene sus raíces en los transbordadores fluviales o marítimos de líneas regulares. En la segunda mitad del siglo XIX, el transporte ferroviario de corta distancia experimentó un enorme auge debido a que, con la revolución industrial, las ciudades y regiones industriales se extendieron geográficamente y aumentó la densidad de población. Se adaptaron los modos de transporte construyendo tranvías de caballos y, a partir de 1890, se inició la marcha triunfal del tranvía eléctrico (también llamado tram) y de los ferrocarriles metropolitanos accionados eléctricamente. En las ciudades con millones de habitantes, sin embargo, el tráfico aumentó de forma tan repentina que, ya en 1900, las congestiones de tráfico y la falta de fiabilidad hicieron más necesarios los tranvías. Con el fin de reforzar la eficiencia del transporte público local, se construyeron vías exclusivas para una parte de los trenes, tanto en superficie como bajo tierra (ferrocarril aéreo, metropolitano, metro y rápido). La progresiva implantación del automóvil como medio de transporte de masas a mediados de la década de 1950 en Europa hizo disminuir las cifras de pasajeros de los trenes de corta distancia. Pero solo con el inicio del debate medioambiental a principios de la década de 1970 se empezó a intentar recuperar terreno mediante la creación de asociaciones de transporte con el lema «Varias empresas de transporte, un solo billete» y la programación conjunta de los horarios de las diferentes empresas. En la actualidad, el tráfico ferroviario de corta distancia es el principal pilar del transporte público. 2. Formas del tráfico ferroviario de corta distancia Es posible diferenciar y definir las diferentes formas del tráfico ferroviario de corta distancia. [1] 2.1 Ferrocarriles urbanos Los ferrocarriles urbanos circulan a tramos de forma totalmente independiente del tráfico por carretera, en forma de trenes metropolitanos. En las zonas exteriores, circulan en superficie sobre plataformas de vía especiales, de modo que son habituales los cruces a Imagen 1: Los tranvías incorporan una innovadora tecnología de contador de ejes Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 4

5 nivel con el tráfico de superficie, sin que se asigne prioridad absoluta a los tranvías en el programa de las instalaciones de señalización del tráfico vial. 2.2 Tranvías Los tranvías son ferrocarriles accionados eléctricamente que circulan por las calles sobre perfiles de carril (plataforma de la vía integrada en la calzada) o sobre plataformas de vía especiales. Por el uso que hacen de los espacios públicos de transporte, los tranvías están sujetos a las normas locales de circulación por carretera. Imagen 2: Los sistemas de tranvía modernos confían en sistemas de contador de ejes 2.3 Trenes rápidos Los trenes urbanos rápidos son predominantemente de accionamiento eléctrico, circulan por vías cerradas y sirven para el transporte público de personas dentro de una ciudad (aéreos y metros) o una conurbación (rápidos), operando durante todo el día con unos horarios fijados y con breves intervalos entre trenes. En los ocasionales cruces a nivel con el tráfico rodado, los trenes rápidos tienen prioridad absoluta. 3. Marco jurídico La ley alemana de construcción y operación de ferrocarriles (EBO) es una regulación nacida y vigente en Alemania para la construcción y operación de ferrocarriles. En la mayoría de los casos, la ley EBO se aplica también en el ámbito internacional como estándar de referencia o guía orientativa. El objetivo de la ley EBO es normalizar todas las instalaciones y vehículos ferroviarios para que cumplan los requisitos de seguridad. En ella se regula la forma de construir y operar un gran número de dispositivos ferroviarios (p. ej. andenes, pasos a nivel, señales, agujas, etc.) y se definen varios términos relativos a las instalaciones ferroviarias y su operación. Los ferrocarriles se originaron de forma general como una forma de conectar ciudades, regiones, países y continentes. Los trenes rápidos para transporte de viajeros y los trenes pesados de transporte de mercancías circulan normalmente por las mismas vías. Los ferrocarriles tienen siempre una plataforma de vía particular y el intervalo entre trenes se regula por cantones fijos por medio de señales. En este sistema de red internacional del «Ferrocarril» se aplica la ley EBO. El tranvía se desarrolló en las ciudades a partir del tranvía de caballos, que al cabo de un siglo terminó dando lugar al ferrocarril urbano. Los maquinistas podían conducir guiándose básicamente por la vista y se encargan ellos mismos del itinerario. Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 5

6 Pero esto no sirve para los túneles y los tramos de vía única. Los ferrocarriles urbanos rápidos, como los metros, se desarrollaron históricamente y son por tanto, en la mayoría de los casos, una característica local. La regulación sobre la construcción y operación de ferrocarriles (BOStrab) pretende establecer un marco legislativo independiente de los usuarios. A continuación se detallan las diferencias más importantes entre las regulaciones EBO y BOStrab: Parámetro de diseño para la construcción de la vía Gálibo estándar Pasos a nivel Velocidades de circulación Especificaciones de los vehículos Capacidad de frenado 4. Requisitos especiales del tráfico ferroviario de corta distancia En el tráfico de corta distancia, los requisitos de la tecnología de detección de rueda y contador de ejes suelen ser bastante más diferenciados que en la larga distancia. A continuación se intentará dar una idea general de esta diversidad y complejidad. 4.1 Vehículos, material rodante Como se ha mencionado al principio, la regulación BOStrab permite una libertad de diseño considerablemente mayor que la ley EBO en lo que se refiere a la estructura de los vehículos. Esto se debe en ocasiones a razones históricas, pero también a los diferentes fabricantes u operadores. Las instalaciones de comunicación de vía libre deben ser totalmente compatibles con estas realidades Geometrías de rueda y pestañas de rueda Existen pestañas de rueda altas y bajas, bandas de rodamiento anchas y estrechas, y un amplio espectro de diámetros de rueda. Estas geometrías y pestañas de rueda influyen directamente en la detección segura de la rueda. Los diámetros de rueda pequeños de hasta 300 mm y las pestañas de rueda pequeñas de hasta 20 mm de altura no son inusuales. En consecuencia, el espectro de dimensiones es muy amplio y se debe dominar Geometrías de bogie y frenos de vía electromagnéticos Los sensores de rueda tienen campos de actuación y sensibilidad definidos y claramente identificables. Como resultado, su sensibilidad en relación con las masas de hierro que se aproximan es también diferente. Especialmente en los tranvías, metros, trenes subterráneos y de cercanías, las geometrías de bogie optimizadas en combinación con los frenos de vía electromagnéticos pueden ocasionar a menudo problemas de seguridad y disponibilidad de la detección de rueda. En las imágenes se muestra una pequeña sección transversal de las posibles disposiciones de los frenos de vía electromagnéticos en bogies. Se representan también los recorridos resultantes de la corriente analógica del sensor de rueda. Se observan claramente las diferentes interferencias de los frenos de vía electromagné- Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 6

7 Imagen 3: Representación de las señales de sensor analógicas a partir de diferentes geometrías de bogie y frenos de vía electromagnéticos ticos. Además, las diferentes alturas y posiciones de montaje dificultan la diferenciación segura y fiable de los ejes y los frenos de vía electromagnéticos. [2] Corrientes de retorno de carril Las corrientes de retorno de carril producen campos magnéticos entorno al carril que se encuentran dentro del área de influencia de los componentes de detección de rueda. En caso de cortocircuitos de la catenaria, pueden producirse corrientes de retorno de carril de 15 ka y superiores Campos magnéticos Los convertidores de IGBT y los inversores de corriente de baja pérdida requieren altas frecuencias y abruptos flancos de conmutación. Por este motivo, es preciso prever la formación de campos magnéticos interferentes bajo los vehículos ferroviarios con un gran ancho de banda de frecuencias propias de la ingeniería eléctrica. Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 7

8 4.1.5 Vehículos de mantenimiento Además de los vehículos regulares, circulan por la vía varios vehículos de mantenimiento, como troles de materiales y herramientas y vehículos ferrocarril-carretera o de inspección, principalmente fuera de las horas de servicio. Estos vehículos tienen a menudo unas geometrías de bogie y de rueda muy dispares. 4.2 Plataforma de la vía y entorno La plataforma de la vía y su entorno en el tráfico local son, en varios aspectos, muy diferentes de los de largo recorrido Tracción En el sector del tráfico local, además de tracciones aisladas de corriente alterna se instalan predominantemente tracciones de corriente continua. El ancho de banda va de 600 a 1500 V CC. La disposición de los carriles de corriente continua se puede realizar como una línea aérea, pero también como el denominado «tercer» carril en la plataforma de la vía o junto a esta. En la imagen 4 se muestra una aplicación de ferrocarril aéreo en Alemania con tracción de corriente continua (750 V CC), realizada en un tercer carril junto a la vía. Imagen 4: Los sistemas de detección de rueda deben ser, entre otras cosas, resistentes a las tracciones de corriente continua que se conducen de forma paralela a la vía Perfiles de carril Las ruedas o pestañas de rueda de los tranvías pasan a menudo por carriles de garganta. El carril de garganta está envuelto en este caso de hormigón u otro material de revestimiento resistente. Imagen 5: Alojamiento robusto y compacto para los componentes de la detección de rueda Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 8

9 4.2.3 Inundaciones e inmersiones Las posibles inundaciones e inmersiones en el entorno de los carriles de garganta y la construcción cerrada requieren medidas de protección especiales para el componente de detección de rueda en la vía, su cableado y los puntos de fijación Tránsito a pie y en coche Especialmente en el área del tráfico de corta distancia, puede ocurrir que se circule a pie o en coche por encima de los puntos de detección de rueda, o que estos se ensucien. Esta situación se debe remediar con medidas técnicas, funcionales y constructivas. 5. Circuitos de vía en el tráfico de corta distancia Un circuito de vía funciona conjuntamente con una sección de vía, en la que uno o ambos carriles están aislados entre sí o en relación con el suelo. En el carril o carriles aislados se crea una tensión eléctrica de 1 V a 3 V (principio de corriente de reposo). Mientras no se dé un cortocircuito eléctrico, la instalación de comunicación de vía libre mostrará la vía como libre. Si se produce un cortocircuito en el circuito eléctrico a causa de la detección de los ejes de un vehículo ferroviario en el otro carril o de un fallo técnico, la instalación de comunicación de vía libre mostrará la vía como ocupada. Cuando se usan circuitos de vía se deben observar y evaluar los siguientes aspectos en lo relativo a la planificación de la instalación, los vehículos y las reparaciones: [3] Sensibilidad a las inmisiones de corrientes perturbadoras de vehículos Resistencia del balasto de las secciones de vía Derivación de eje de los vehículos Coste de reparación para juntas de separación Además de la comunicación de vía libre física se requiere una comunicación de vía libre lógica en el nivel del puesto de maniobras Interconexión restrictiva de la conducción de la corriente de retorno de propulsión en trenes electrificados Requiere la construcción aislada de los componentes montados en la vía Supervisión costosa de largas secciones de la vía En caso necesario, limitación de la disponibilidad por formación de película lubricante o acumulación de suciedad entre la rueda y el carril Además de las restricciones en el desarrollo del proyecto, el uso de circuitos de vía implica altos costes de inversión y reparación (juntas aislantes, piezas de empalme, interconexión, vías de enlace). Uno de los argumentos que se esgrimen con frecuencia en favor de los circuitos de vía es la detección de roturas de raíl. Sin embargo, esta correlación solo puede establecerse de forma parcial. A causa de la interconexión de los cabes de retorno en los raíles, en estas zonas no se puede detectar una rotura de raíl mediante el circuito de vía (puenteado). Las roturas de raíl solo se manifestaran en las secciones de vía aisladas [3]. Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 9

10 6. Detección de rueda y contador de ejes en el tráfico de corta distancia Los sensores de rueda Frauscher se montan en el lado interior de los carriles de la vía y captan la incidencia de la pestaña de rueda mediante bobinas orientadas hacia arriba. Las líneas de campo de la bobina de transmisión, que en el sensor de rueda RSR180, por ejemplo, se encuentran en el centro de la carcasa, pasan por las dos bobinas del sensor. Cuando un vehículo pasa por encima, las tensiones inducidas cambian la difracción de las líneas de campo. Este efecto se utiliza tanto para captar la pestaña de rueda como para detectar el eje. Los sensores de rueda se componen de dos sistemas de sensores, con las dos bobinas de recepción dispuestas una al lado de la otra a la largo de la vía. De este modo es posible garantizar, por un lado, una detección unívoca de la dirección del vehículo y, por el otro, el nivel de seguridad (CENELEC SIL 4). Los dos valores de estas señales están disponibles en el sensor de rueda como valores de corriente inscritos y, a través de la sección de cable de un grupo inteligente de evaluación, se pueden evaluar o analizar con diferentes algoritmos en la instalación interior. En el uso de instalaciones de contador de ejes deben observarse los siguientes aspectos: [3] Redacción de unas normas de funcionamiento para la reinicialización del contador de ejes Problemas en la conducción permisiva cuando se combina con la reinicialización del contador de ejes Si no se ha ajustado de forma precisa, se detectan los frenos de vía accionados o colgantes En algunos casos, interferencias de los convertidores de los vehículos Dimensiones de rueda Desgaste de los raíles Se requieren elementos de operación e indicación para las secciones de contador de ejes (centralizado/descentralizado) Cuando las instalaciones de contador de ejes son independientes de la resistencia del balasto de la vía y el valor de derivación de eje de los vehículos, mejora también la disponibilidad. Otras razones para utilizar instalaciones de contador de ejes son la inversión más reducida en comparación con los circuitos de vía o la posibilidad de instalar el contador de ejes de forma paralela a la comunicación de vía libre existente durante una renovación/modificación de los sistemas de seguridad, situándolo bajo la «rueda giratoria» y sin afectar a la superestructura. Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 10

11 7. Circuitos de vía contra detección de rueda y contador de ejes en el tráfico de corta distancia En la tabla siguiente se resumen las características más importantes de estas dos tecnologías: [3] Criterio Resistencia del balasto Valor de derivación de eje Detección de rotura de carril Juntas aislantes Interconexión de corriente de retorno de tracción Selectividad Alcance (longitud máxima de una sección del itinerario) Comunicación de vía libre lógica del puesto de maniobras Circuito de vía Debe ser de más de 1,5 Ohm x km Con circuito de vía debe ser inferior a 0,1 Ohm Puede ser detectada por el circuito de vía, pero no siempre Son necesarias como mínimo en las agujas Se deben tener en cuenta los requisitos para la interconexión de la corriente de retorno de tracción Difusa con juntas de separación eléctrica Limitada, en función de la superestructura máx. aprox. 700 metros Necesaria Detección de rueda y contador de ejes No crítica No crítica Con contador de ejes no se requiere la detección de roturas de carril No necesarias Poco relevante Nítida Ilimitada Recomendada Reinicialización No necesaria Necesaria y crítica Procedimiento tras caída de tensión o puesta en servicio Supervisión de 50 Hz en el vehículo La sección está libre físicamente, pero ocupada lógicamente, y se «liberará» con el paso de un clavo de vía Depende de la forma constructiva Coste de mantenimiento Alto Bajo La sección está ocupada físicamente y se debe regular el procedimiento para «circulación libre» con unas normas de funcionamiento No necesaria Cableado Puesta en servicio tras una renovación Problemática, ya que la puesta en servicio simultánea con los circuitos de vía operativos es muy costosa Cable de cuadretes en estrella Poco problemática, ya que se pueden montar y poner en servicio en paralelo a los circuitos de vía Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 11

12 Costes de inversión Elevados (costes de juntas Moderados aislantes) Autorización Existente Existente Piezas de repuesto Gran variedad de tipos Poca variedad de tipos Perfil de rueda No se debe observar Se debe observar Perfil de carril No se debe observar Se debe observar Desgaste del carril No se debe observar Se debe observar Inmisión de los convertidores de los vehículos Sin interferencias Pocas interferencias Frenos de vía electromagnéticos Sin interferencias Posibles perturbaciones Interferencias de residuos de abrasión de metales Se debe observar con juntas aislantes Se debe observar con sensor de rueda En la actualidad, en el tráfico de corta distancia las tecnologías de circuito de vía son las más extendidas. Pero en conjunto se puede mantener que las ventajas de los sistemas de contador de ejes son claramente superiores tanto en lo relativo a los costes de ciclo de vida como en seguridad y disponibilidad. Los inconvenientes de las juntas aislantes, los problemas de aislamiento, la suciedad, las hojas caídas, la sal, etc. no existen con la tecnología de contador de ejes. Además, admiten la realización de cualquier diagrama de vía (secciones de aguja estrechas o complejas, arpas de aguja o cruces). Los factores críticos o posibles inconvenientes se pueden controlar hoy en día gracias a los innovadores y sofisticados componentes de detección de rueda. [4, 5]. Asimismo, con los sensores de rueda modernos y el software de evaluación inteligente está disponible toda una serie de funcionalidades adicionales. En unas notas del producto más detalladas, con el título «Moderne Raddetektion und Achszählung im Nahverkehr» (Detección de rueda y contador de ejes modernos en el tráfico de corta distancia) [6], se describen las posibilidades de aplicación y las soluciones específicas de Frauscher Sensortechnik GmbH. Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 12

13 BIBLIOGRAFÍA [1] Fiedler, J.: Bahnwesen, Werner Verlag, 5. Auflage 2005 [2] Frauscher J. / Thalbauer R.: Aufzeichnung und Analyse störender Ein wirkungen auf induktive Radsensoren, SIGNAL+DRAHT, 2008, núm. 7+8 [3] Verband deutscher Verkehrsunternehmen, Achszähleinrichtungen im ÖPNV, Mitteilung Nr. 3307, Dezember 2005 [4] Rosenberger, M.: Die Herausforderungen an Raddetektion und Achszählung in der Zukunft Teil 1, SIGNAL+DRAHT, 2011, núm. 9 [5] Grundnig, G.: Die Herausforderungen an Raddetektion und Achszählung in der Zukunft Teil 2, SIGNAL+DRAHT, 2011, núm. 12 [6] Grundnig, G. / Pucher C.: Detección de rueda y contador de ejes modernos en el tráfico de corta distancia, Notas del producto 2012 Autores: Gerhard Grundnig Ventas, director de Desarrollo empresarial gerhard.grundnig@frauscher.com Christian Pucher Director de Marketing christian.pucher@frauscher.com Contacto Frauscher Sensortechnik GmbH Gewerbestraße St. Marienkirchen AUSTRIA T: F: Correo electr.: office@frauscher.com Web: Frauscher Sensortechnik GmbH 2013 ES Página 13