ITS COMO HERRAMIENTAS DE EXPLOTACIÓN Y MEJORA DE LA CAPACIDAD DE LAS LÍNEAS FERROVIARIAS.

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1 ITS COMO HERRAMIENTAS DE EXPLOTACIÓN Y MEJORA DE LA CAPACIDAD DE LAS LÍNEAS FERROVIARIAS. Enrique Villalonga Bautista Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Responsable Área de Transportes. CPS INGENIEROS RESUMEN: La Unión Europea, en una clara apuesta por la sostenibilidad medioambiental, ha optado por impulsar, a través de un gran esfuerzo inversor, el modo de transporte de mayor eficiencia energética: el ferrocarril. Se prevé que esto pueda provocar la migración del transporte de pasajeros y mercancías de larga distancia de la carretera al ferrocarril y, como consecuencia, el agotamiento de la capacidad de algunas líneas ferroviarias. La forma de aumentar la capacidad de las líneas, minimizando la ocupación del territorio, consiste en mejorar los sistemas de señalización y seguridad mediante tecnologías ITS. En esta comunicación se expondrán, de forma resumida, los sistemas de seguridad y señalización en línea indicando los tipos de bloqueos existentes ordenados de menor a mayor capacidad. También, se destacará la importancia de los Puestos de Mando Centralizados (CTC) y, se terminará describiendo los Sistemas de Ayuda a la Conducción indicando la capacidad que se podría obtener con su instalación. En este sentido, se describirán los diferentes niveles del sistema ERTMS por la gran importancia que adquirirá en un futuro próximo; no solo por el aumento de competitividad que supondrá para el sector ferroviario sino también por el aumento de capacidad que dotará a las líneas. 1 INTRODUCCIÓN Hoy en día existe una preocupante situación medioambiental. El anunciado cambio climático, tan perjudicial para los seres vivos presentes en La Tierra, tiene como una de sus causas principales las emisiones atmosféricas procedentes de los transportes terrestres. Los distintos modos de transporte dan lugar a consumos unitarios y emisiones contaminantes muy diferentes en función de: La tecnología que se utilice La energía de tracción empleada. El grado de llenado en viajeros. El porcentaje medio de carga en mercancías. Etc.

2 En este sentido, el ferrocarril tiene dos ventaja ventajas fundamentales con respecto al resto de modos: el bajo rozamiento rueda carril y la posibilidad de tener tracción eléctrica. Por ello, la eficiencia energética del ferrocarril es superior a la del resto de modos de transporte en todos los ámbitos (transporte urbano e interurbano de viajeros y en el transporte de mercancías) y, así lo demuestran diversos estudios realizados en todo el mundo. Por otro lado, la Unión Europea, en una clara apuesta por la sostenibilidad, ha optado claramente por fomentar el transporte ferroviario; para lo cual, junto a todos los países que la forman, ha destinado gran parte de los presupuestos de infraestructuras a este modo de transporte. La liberalización tanto del transporte de mercancías como del transporte ferroviario de pasajeros unido a la instalación de un único sistema de señalización y seguridad en las redes transeuropeas, que eliminará los problemas existentes en las fronteras, está previsto que sea clave para impulsar, definitivamente, este modo de transporte. En este punto conviene resaltar que la empresa CPS Ingenieros ha apostado también por el ferrocarril dotando a sus profesionales de una amplia formación en este campo. Debido a la situación expuesta, se prevé un aumento tanto en el tráfico ferroviario de pasajeros como de mercancías; produciéndose una migración desde la carretera y el avión. Este hecho puede provocar la saturación de las líneas ferroviarias existentes; ante lo cual, deberá preverse, con suficiente antelación, un aumento de la capacidad de las mismas. Este aumento puede realizarse ampliando la infraestructura existente o mejorando los sistemas de señalización, seguridad y, en definitiva, la explotación de los ferrocarriles a través de la mejora tecnológica que proporcionan las herramientas ITS. Debido a que el suelo es un bien escaso y, a que una ocupación desmesurada del mismo puede provocar problemas irreparables en el territorio, esta comunicación se centrará en la descripción de los sistemas ITS que se emplean en las líneas de ferrocarril interurbano comparando la capacidad que se consigue con cada uno de ellos, que permita saber de que forma se puede mejorar la capacidad de las líneas existentes mejorando el sistema de señalización y sin modificar la infraestructura actual. 2 IMPORTANCIA DE LA PLANIFICACIÓN Una de las características básicas del sistema ferroviario es que es un sistema guiado basado en el bajo rozamiento rueda-carril. Esta característica tiene una clara ventaja energética pero también la desventaja de convertirlo en un modo de transporte muy rígido

3 que hace que las circulaciones de trenes por una línea y la conexión de éstas con el resto de la red tengan que ser muy estudiadas a fin de sacarle el máximo partido en las condiciones existentes (equipamiento, velocidades, señalización, comunicaciones, tipos de tráfico ). Por tanto, es necesario constatar que una buena planificación inicial es fundamental para maximizar, en cada momento, la capacidad de las líneas. La Planificación de la explotación ferroviaria es una técnica absolutamente determinista que debe ser desarrollada por técnicos que posean una amplia formación a fin de poderle sacar el máximo rendimiento a la infraestructura. Por ello, la planificación de una línea debe estar basada en un estudio de necesidades de la misma (Tipos de tráficos, demanda esperada para cada uno de ellos, prospecciones futuras de tráfico, etc.) a fin de poder adaptarla a las necesidades actuales y futuras (planificar también las inversiones futuras en función de la evolución de la demanda) ya que cada uno de los trenes que circulen han de hacerlo con un horario e itinerario previsto con anterioridad. La materialización de la Planificación de circulaciones en una línea ferroviaria concreta se realiza a través de gráficos creados mediante programas de simulación de la línea. En este sentido, conviene hacer constar que para que haya una correspondencia física entre el gráfico y la realidad es necesario tener el modelo de marcha de cada uno de los trenes que se prevé que circulen por esa línea en función de los parámetros de la vía y de los intrínsecos de cada tren (velocidades, aceleración, frenado ). Una vez obtenidos los modelos de marcha de cada tren se deben seguir los criterios básicos de grafiado, a fin de maximizar la capacidad de las líneas; que son: Criterio de prioridad: algunos servicios gozan de mejores condiciones que otros; por ejemplo la prioridad en España es la siguiente: o Trenes internacionales. o Trenes de cercanías. o Resto de trenes de viajeros. o Trenes de mercancías. Criterio de Cadencia: Cuando se agrupan trenes homogéneos aumenta la capacidad. Criterio de homogeneidad: si los trenes circulan a la misma Velocidad (o con velocidades parecidas) aumenta la capacidad. Para terminar este apartado, conviene decir que los gráficos también permiten organizar y planificar: El material motor. Material remolcado.

4 Personal. Necesidades de mantenimiento. Etc. 3 CAPACIDAD DE LAS LÍNEAS FERROVIARIAS La capacidad de una línea ferroviaria tiene dos variables fundamentales: la capacidad de circulación y la capacidad de transporte. Aunque son dos variables relacionadas entre si, la presente comunicación está basada exclusivamente en la primera. Ésta se define como el número máximo de circulaciones en una línea, en un período de tiempo determinado, en ambos sentidos y con unas determinadas condiciones de circulación. Los factores que influyen en la capacidad de una línea ferroviaria y, sobre los que se puede actuar para mejorarla, son: La geometría de la línea: o Trazado en planta. o Trazado en alzado. o Vía única o vía doble. Estaciones y Terminales. o Un estudio detallado de la ubicación de los aparatos de vía puede mejorar mucho la capacidad de las mismas. o Filosofía general: la estación o Terminal debe estar dimensionada de forma que no suponga limitación alguna al desarrollo de la circulación de las líneas en las que está situada. o En estaciones de cruce debe haber un número suficiente de vías de apartado. o En estaciones terminales debe haber un haz de vías suficientemente grande. Tracción: este es un factor muy importante en zonas de perfiles acusados. Conviene destacar que, en general; en trenes de mercancías, la velocidad de subida con máquinas eléctricas es 2 5 veces superior a la correspondiente a tracción diesel. Material móvil: o Carga: el tipo de enganche condiciona la carga máxima que se puede transportar (además de la longitud de las vías de apartado, estaciones o terminales). o Velocidad. o Características de frenado. o Relación carga/tara.

5 Tipo de tráfico: o Un tráfico no homogéneo disminuye la capacidad. o Con tráfico mixto se debe facilitar el adelantamiento de los trenes lentos. Sistemas de señalización y bloqueo (sistemas de explotación): estos sistemas intervienen decisivamente en los problemas de circulación, determinando los intervalos de sucesión y cantonamiento de los trenes. Este será el factor que se desarrolle ampliamente en el siguiente punto dado que, tal y como se ha reflejado en la introducción, constituye el objeto de la comunicación. 4 ITS COMO HERRAMIENTAS DE EXPLOTACIÓN Y MEJORA DE CAPACIDAD Los ITS utilizados como herramientas de mejora de la capacidad y la explotación de las líneas ferroviarias son, básicamente, los sistemas de señalización. En este sentido, se puede decir que la señalización ferroviaria, entendiendo como tal la localización segura de los trenes, la semaforización y el mando de los aparatos de vía, se basa en los siguientes principios fundamentales: Proporcionar movimientos seguros a través de la Red del Ferrocarril, manteniendo distancias de seguridad entre trenes apropiadas a las características de la conducción, sistemas de protección y resto de condicionantes de trazado y aparatos de vía. Facilitar movimientos eficaces de los trenes y proporcionar suficiente capacidad de transporte. La señalización tiene, en la actualidad, dos filosofías básicas, que son: Señalización convencional. Está basada en tecnologías eléctricas y electrónicas fundamentalmente de tipo analógico y, engloba las siguientes situaciones: o La transmisión de órdenes e informaciones de la vía relativas a la señalización del tren se dan en puntos determinados. o La recepción de informaciones sobre la presencia o ausencia de un tren se determina en una zona determinada (cantón). Señalización continua, que se puede definir como aquella que mantiene una comunicación bidireccional entre una determinada zona de explotación y los trenes que existen dando servicio a la misma. Este tipo de señalización está basada fundamentalmente en tecnologías de tipo digital y comunicación bidireccional trentierra.

6 En este punto se dará, inicialmente, una pincelada a las características y componentes de los sistemas ITS de señalización ferroviaria que existen en la actualidad y, terminará con la exposición de los diferentes sistemas de señalización que existen exponiendo la capacidad de circulación aproximada que proporcionan cada uno de ellos. 4.1 La señalización como sistema de seguridad. Los sistemas de señalización ferroviaria deben cumplir los principios básicos de seguridad, que son: El sistema de señalización debe garantizar: o el establecimiento seguro de los itinerarios, o la separación adecuada entre trenes para evitar colisiones y, o el mando, en condiciones de seguridad, de las autorizaciones de movimiento. El sistema de señalización deberá continuar garantizando la circulación segura de los trenes aún en situaciones degradadas. Con respecto a las situaciones degradadas, conviene decir que encierran muchos riesgos. Por ello, para evitar estas situaciones los equipos de seguridad requieren tener alta fiabilidad y disponibilidad. Aún así, el sistema puede fallar, por lo que el diseño del sistema de señalización debe prever estas situaciones de posibles fallos admisibles y reaccionar llevando al sistema a una situación más segura. Es lo que se denomina un diseño FAIL SAFE. 4.2 Elementos de la señalización. Tal y como hemos visto en los puntos anteriores, la señalización ferroviaria tiene como primer objetivo la seguridad en la circulación de los trenes; es decir, mover los trenes de forma segura. En este sentido, resulta fundamental impedir tanto el alcance de dos trenes asegurando que el espaciamiento entre ellos sea mayor o igual a la distancia de frenado del tren posterior, como la colisión frontal. Para ello, el sistema de señalización debe impedir los movimientos incompatibles entre si así como controlar el accionamiento de los aparatos de vía, de la semaforización ferroviaria, etc. Por tanto; los elementos de la señalización son: Los sistemas de detección de trenes (fundamentalmente los circuitos de vía). Los Accionamientos de agujas (fundamentalmente los enclavamientos). Las señales (fundamentalmente luminosas) A continuación, daremos una pincelada por cada uno de ellos:

7 4.2.1 Sistemas de Detección de Trenes. Un sistema de Detección de trenes determina de forma segura si una sección de vía definida está libre de tráfico o tiene algún vehículo (estacionado o en movimiento) en ella. De forma segura significa que si cualquier elemento que conforma el sistema de detección de trenes fallase, éste debería ir a la condición más restrictiva y considerar que la sección de vía está ocupada por un vehículo. Los sistemas de detección de trenes pueden ser con contacto o sin contacto. Los sistemas con contacto son los circuitos de vías. Los sistemas sin contacto son: o Los contadores de ejes y, o Los Sistemas odométricos. En el sistema ERTMS se acompaña de balizas fijas para reajustar la posición de los trenes (se verá posteriormente). Pasemos a definir cada uno de estos sistemas: a) Circuitos de vía (cv). Están formados por una sección de vía de una determinada longitud con un emisor que emite una señal en un extremo y un receptor en el otro. Estos circuitos de vía pueden ser de: Corriente continua. De corriente alterna de 50 Hz. De impulsos (menos común). De Audiofrecuencia. El sistema de detección de trenes basado en los circuitos de vía se fundamenta en que cuando un tren entra en dicho circuito lo cortocircuita a través de sus ruedas y ejes haciendo que se detecte su posición. Por tanto, los circuitos de vía son los encargados de: Detectar la presencia de un tren sobre el mismo (o un solo eje de dicho tren). Definir las zonas que permiten agilizar la realización de circulaciones y permitir el intervalo adecuado entre trenes. En este sentido, cada circuito de vía suele coincidir con un cantón (cada uno de los tramos en los que se divide una sección de vía entre estaciones). Por eso, en ocasiones también se les llama cantones. Servir, en determinados tipos de ATP, de transmisor de las consignas mediante señales codificadas transmitidas por los carriles.

8 Posibilitar la detección de roturas de carril por interrupción del circuito eléctrico que forman los dos carriles de un circuito de vía. El correcto funcionamiento de un circuito de vía depende de: Parámetros del tren: Tren Shunt (Resistencia que presentan los ejes del tren cuando ocupan el circuito de vía). Parámetros de la vía: o Impedancia longitudinal. o Conductancia transversal. Emisor. Receptor. Circuito de vía de c.c. Los tres primeros tipos (circuitos de vía de c.c., de ca de 50 Hz y de impulsos) precisan una vía con juntas aislantes que aíslen un circuito de vía de otro. Éstos, precisan un coste de primera implantación y de mantenimiento mayor al de los circuitos de vía sin juntas (circuitos de vía electrónicos de Audiofrecuencia) por las propias juntas aislantes e inductivas en si. Además, el coste es tanto mayor cuanto más reducida sea la longitud de los cantones o, lo que es lo mismo, cuanto menor sea el intervalo preciso entre circulaciones (cuanta mayor capacidad tenga la vía). Los beneficios que proporcionan los circuitos de vía sin juntas son: Mayor inmunidad del circuito respecto a los armónicos de las corrientes de tracción. Reducción del equipamiento de vía al eliminar las juntas aislantes e inductivas. Reducción del mantenimiento en vía (el ajuste y mantenimiento se realiza desde los cuadros de enclavamiento).

9 b) Contadores de ejes El contador de ejes está constituido por un dispositivo de detección de ruedas, acoplado a un sistema lógico, que efectúa el recuento de ejes que pasan por un punto determinado. La sección de vía o cantón donde se va a controlar la presencia del tren está delimitada por una pareja de Cabezas Detectoras (excepto en vía muerta o toperas). Las cabezas detectoras están formadas por: Una o dos cabezas transmisoras. Dos cabezas receptoras. Su funcionamiento se basa en la supervisión continua del acoplamiento magnético entre la cabeza transmisora y la receptora; de tal forma que, al paso de la pestaña de la rueda se modifica el acoplamiento magnético. Para determinar el sentido de avance del tren se utilizan dos cabezas receptoras, de modo que: Si el eje entra en la sección de vía controlada se incrementa la cuenta. Si el eje sale de la sección de vía controlada se decrementa la cuenta. La sección de vía se considera ocupada cuando la cuenta es distinta de cero. Por tanto, los contadores de ejes hacen la misma función que el sistema eléctrico o electrónico de un circuito de vía o cantón. Cabeza detectora de un contador de ejes Contador de ejes Accionamiento de agujas. Enclavamientos. Los cambios de trayectorias ferroviarias se materializan a través de los aparatos de vía. Éstos están formados fundamentalmente por: Desvíos.

10 Travesías de unión doble o simple y, Escapes. Lo que determina la dirección que seguirá un tren a su paso por un aparato de vía es la posición en la que se encuentren las agujas del cambio. Por ello, es fundamental el mando y control de los accionamientos de los aparatos de vía. Los accionamientos pueden ser: Mecánicos. Eléctricos. Electrohidráulicos (Alta Velocidad). Las condiciones de funcionamiento de un aparato de vía son: Una aguja debe poder ser mandada, comprobada, enclavada y encerrojada antes de poder autorizar un movimiento sobre ella. Un desvío puede estar mandado a su posición normal (dirección recta) o invertido (dirección de la desviada). Las condiciones para su mando son las siguientes: Nunca podrá moverse un desvío con tren pasando o estacionando sobre él. El desvío debe poder ser mandado por rutas definidas sobre él. El desvío (accionamiento) debe poderse mandar siempre que no exista una ruta que lo haya pedido (enclavado). La pérdida de tensión en un enclavamiento nunca supondrá que el desvío pueda moverse involuntariamente. Si el accionamiento no llega a terminar su carrera a la posición mandada por haber encontrado un obstáculo, el accionamiento no sufrirá ningún daño (protección del motor). Si el desvío no ha alcanzado su posición final (comprobado), deberá ser posible mandarlo a su posición inicial. La actuación manual del accionamiento impedirá cualquier otra actuación remota. Las condiciones para su comprobación serán: La comprobación de su posición deberá producirse en el momento en el que el espadín acoplado esté en su posición con las tolerancias especificadas (2mm). La pérdida de comprobación se dará en el mismo instante en el que el espadín acoplado presente una separación superior a la especificada. El mando deberá coincidir con la comprobación en esa posición para que pueda enclavarse el desvío.

11 Una vez expuestas todos los condicionantes de funcionamiento, mando y comprobación de los accionamientos de los aparatos de vía, es el momento de decir que son los ENCLAVAMIENTOS los sistemas ferroviarios donde se centraliza el mando, control y supervisión de los accionamientos pertenecientes a una zona determinada. A continuación, se exponen las características básicas de los mismos: a) Enclavamientos Las líneas de ferrocarril están divididas, a efecto de señalización, en zonas controladas por equipos o sistemas denominados enclavamientos. En ellos, se centraliza el mando, el control y la supervisión de la zona. El enclavamiento es el corazón del control de los itinerarios y desvíos, asegurando, mediante tecnologías de seguridad, que la posición de las agujas y señales no entren en conflicto y que el tren esté protegido durante el paso de los cruzamientos ante una hipotética colisión con otro tren. Las funciones principales del enclavamiento son: Almacenamiento lógico de aquellos itinerarios permitidos según estados y ocupaciones de vía en la zona de control que tiene asignada. Recepción de informaciones relativas a la posición de los trenes, aparatos de vía y órdenes de control. Procesamiento de órdenes de acuerdo con el estado de la instalación, órdenes recibidas y condiciones preestablecidas en el diseño. Emisión de órdenes a los aparatos de vía, autorizando los itinerarios a los trenes a través de las señales luminosas e impidiendo la realización de itinerarios incompatibles. Indicación del estado de la instalación a través de mandos locales y centralizados. Los tipos de enclavamientos que existen son: Enclavamiento mecánico. Enclavamiento eléctrico. Enclavamiento electrónico.

12 Enclavamiento mecánico Enclavamiento electrónico Enclavamiento eléctrico Por último, decir que, a su vez, el mando de los enclavamientos se puede realizar tanto desde un Puesto de mando local (normalmente en la propia estación) como desde un Puesto de Mando centralizado (CTC) desde el que se controla y manda a los distintos enclavamientos de un tramo de línea.

13 4.2.3 Señales en vía. Señales luminosas. El último elemento de la señalización que vamos a tratar son las Señales en vía. Estas señales pueden ser tanto mecánicas como luminosas. Las señales en vía constituyen el elemento fundamental de señalización para los conductores de los trenes que no disponen de sistemas de señalización en cabina. En cuanto a los tipos de señales conviene decir lo siguiente: Con señales mecánicas el sistema de señalización es muy rígido y no permite variabilidad en función de la tipología de los trenes o necesidades de la vía. Con estas señales el intervalo entre circulaciones es elevado (los cantones se establecen entre estaciones) y, por tanto, la capacidad de la vía será baja (apto para vías de baja intensidad de circulaciones). La señalización luminosa (herramienta ITS) sí que permite una variabilidad en la indicación (variación de color), según el estado de la vía, por lo que dota a la línea de una mayor capacidad y seguridad. Esto se consigue gracias a la interconexión de las señales a través de circuitos de mandos que, mediante condiciones lógicas y, siempre en condiciones de seguridad, establece una relación adecuada entre focos. Existen dos tipos de señales luminosas: las lámparas y los diodos led. Éstos últimos ofrecen alta fiabilidad, una gran vida útil (Utiliza una fuente de alimentación electrónica) y bajo mantenimiento (tan solo requiere limpieza de la lente exterior). Con respecto a la distancia entre señales, ésta viene determinada por la distancia de frenado del vehículo tipo para el que ha sido diseñada la vía según la fórmula D donde: Df es la distancia de frenado. d es la deceleración. Vo es la velocidad en el momento de aplicar el freno. Vf es la velocidad en el momento de liberar el freno. f 2 2 v v f = 0 2 d 4.3 Sistemas de señalización y seguridad en línea. Bloqueos. Uno de los factores fundamentales que más influyen en la capacidad de las líneas ferroviarias existentes es el que constituyen los sistemas de señalización y seguridad instalados en los tramos de línea (entre estaciones). Son los llamados bloqueos. Éstos, se pueden definir como los sistemas de señalización y seguridad de la circulación ferroviaria en línea (es decir, entre estaciones) que establece, mediante tecnología de seguridad, un

14 vínculo entre las señales (normalmente luminosas) y la ocupación de la vía en línea; asegurando, en todo momento, el espaciamiento mínimo entre trenes. Por tanto; los principios básicos de los bloqueos son: Que los trenes que circulan por una misma vía y en un mismo sentido lo hagan a la distancia que ofrezca la seguridad de que no se van a alcanzar. Que estando circulando un tren por una vía no se expida otro en sentido contrario. Por tanto, en función de la capacidad de circulación (Nº de trenes/hora) que precisemos para una línea determinada, se establecerá el intervalo necesario entre las circulaciones que condicionará el tipo de bloqueo a emplear. Para garantizar tanto la seguridad en las circulaciones como la capacidad en una sección de línea entre estaciones resulta fundamental la posición y el número de señales y aspectos de las mismas Situación y aspecto de las señales de bloqueo. Los colores que se utilizan en la señalización luminosa de las líneas ferroviarias españolas son los siguientes: Colores de las señales en vía: o Verde fijo Indica Vía libre: Indica al maquinista circular normalmente si nada se opone. o Verde intermitente (opcional) Indica Vía libre condicional. Ordena al maquinista no exceder de 160Km/h al pasar por la siguiente señal. o Verde amarillo (opcional) Anuncio de precaución. Ordena al maquinista no exceder de 30Km/h al pasar por el desvío o señal siguiente. o Amarillo fijo Anuncio de parada Ordena al maquinista a ponerse en condiciones de parar ante la señal siguiente. o Rojo fijo Indica detenerse antes de la señal. Ordena al maquinista a parar ante la señal sin rebasarla. o Rojo fijo con cartel P Parada ante señal permisiva. Ordena al maquinista parar ante la señal sin rebasarla, pudiendo reanudar la marcha circulando en régimen de marcha a la vista. o Rojo-blanco intermitente Rebase autorizado.

15 o Ordena al maquinista efectuar la entrada en una estación con marcha de maniobras. Rojo - blanco fijo Maniobra autorizada. Ordena al maquinista a circular con marcha de maniobras hasta la señal siguiente o límite de maniobras. La capacidad de las líneas depende, entre otras cosas, del intervalo mínimo entre circulaciones. Éste se define como la distancia, en tiempo, entre trenes circulando a la máxima velocidad permitida por la línea separados una distancia igual a la distancia de frenado. A continuación se exponen las tipologías de líneas que contienen señales luminosas (no todas las tienen) en función de los aspectos de las señales: a) Líneas con dos aspectos: Las líneas con dos aspectos se utilizan: En las líneas de metro debido a que las velocidades de circulación son bajas. Donde: SP es el punto desde donde se ve la señal. D es la distancia de frenado del vehículo tipo previsto en la línea. d es la distancia de separación entre señales. d>d. O es la distancia de deslizamiento u Overlap. L es la longitud del convoy. V es velocidad máxima a la que pueden circular los convoys ferroviarios. El Intervalo (I) que se puede conseguir es I = (d+o+l+s) / V En Ferrocarriles de larga distancia. En este caso, debido a las velocidades que alcanzan se hace preceptivo situar señales avanzadas. Éstas, se simbolizan en el siguiente gráfico con la letra R.

16 El Intervalo (I) que se puede conseguir es I = (S+D+d+O+L) / V Conviene decir que, no en todas las líneas se prevé la distancia de deslizamiento u Overlap. Por ejemplo, en las líneas ferroviarias interurbanas españolas y francesas no se suele utilizar (por lo que O tendría un valor nulo), mientras que en el Reino Unido sí. El Overlap dota a línea de una doble seguridad: Asegurando que el tren tenga una distancia de deslizamiento suficiente por si no ve la señal. Aumentando la longitud del cantón. Esto hace que aumente sensiblemente el intervalo entre circulaciones. b) Líneas con tres aspectos. Utilizadas en ferrocarril convencional de larga distancia. Se utilizan con señales avanzadas o no. El Intervalo (I) que se puede conseguir es I = (2D+O+L+S) / V c) Líneas con cuatro aspectos. Utilizadas en líneas de velocidad alta (220 Km/h). El Intervalo (I) que se puede conseguir es I = (1,5D + O + L + S) / V

17 Las líneas con 3 aspectos tienen mayor capacidad que las de 2 pero menos que las de 4. Asimismo, con sistemas ATP (después los veremos) se tienen 5 aspectos, mejorando la capacidad con respecto a las de Tipos de bloqueo. La Red gestionada por ADIF cuenta, en general, con unos sistemas de señalización y bloqueo de diversas tecnologías (desde telefonemas hasta los modernos sistemas de bloqueos y cantonamientos móviles), siendo una tendencia el uso de enclavamientos electrónicos con telemando centralizado en los puestos de mando centralizados (CTC). En todos ellos, se considera que un cantón o sección de bloqueo está libre cuando: No está establecida la Entrega de Vía Bloqueada (EVB). El último tren, ha liberado totalmente el cantón o la sección por donde circuló. Con respecto a la capacidad, es necesario constatar que estos bloqueos pueden ser en tramos de vía única o de vía doble. Con respecto a los tramos de vía única se puede decir: La capacidad de estas vías es modesta, normalmente inferior a 80 trenes/día. La capacidad viene claramente influenciada por el cantón crítico, que se define como aquel cantón en el que se recorre en mayor tiempo por un tren de ida + un tren de vuelta. Para aumentar la capacidad se deberían aumentar el número de vías de apartado (PAET s) que permitan disminuir la longitud del cantón crítico. Con respecto a los tramos de vía doble se puede decir: Se alcanzan capacidades, en circunstancias normales, comprendidas entre los 200 y 300 trenes/día. La capacidad viene claramente influenciada por el cantón crítico, que se define como aquel cantón que por razones de explotación se recorre en mayor tiempo. Para aumentar la capacidad se deben disminuir los cantones mejorando, para ello, la señalización. En este apartado se expondrán los distintos tipos de bloqueo utilizados en las líneas españolas ordenados de menor a mayor capacidad. a) BLOQUEOS TELEFÓNICOS (BT). El bloqueo de los cantones se realiza mediante transmisión de telefonemas entre los Jefes de Circulación. Las características fundamentales de este tipo de bloqueo son:

18 El cantón de bloqueo se define como la parte de la vía o de cada una de las vías, comprendida entre dos estaciones colaterales abiertas. Están controlados por la estación que solicita el bloqueo y por las colaterales. El bloqueo queda asegurado con el aviso de llegada de los trenes y la petición y concesión de vía, por medio de telefonemas. Para que un Jefe de Circulación pueda proceder a expedir o dar paso a un tren, es preciso que: o El cantón este libre de trenes. o Se pida y conceda la vía para el tren que se vaya a expedir. o Se haya establecido el itinerario de salida. o Se de la orden de marcha a través de la señal de paso (para los trenes directos) o, la señal de marche el tren para los trenes parados. b) BLOQUEOS ELÉCTRICOS MANUALES (BEM). El bloqueo de vía se realiza por los Jefes de circulación a través de un dispositivo eléctrico. Las características fundamentales de este tipo de bloqueo son: El cantón de bloqueo se define como la parte de la vía o de cada una de las vías, comprendida entre dos estaciones colaterales abiertas. Están controlados por la estación que solicita el bloqueo y por las colaterales. El bloqueo queda asegurado por medio de las señales que protegen los cantones y por el sentido de las circulaciones. Para que un jefe de circulación pueda proceder a expedir o dar paso a un tren, es preciso que: o El cantón este libre de trenes. o Se realice el proceso bien de Petición y concesión de vía (en vía única) o bien de Toma eléctrica de vía (en vía doble o única). o Se haya establecido el itinerario de salida. o Se de la orden de marcha a través de la señal de salida. El protocolo a seguir en el proceso de Petición y concesión de vía es el siguiente:

19 o El jefe de circulación que tenga que expedir o dar paso a un tren procederá a pedir eléctricamente la vía a la estación colateral. o El jefe de la estación de la estación colateral situará los dispositivos de bloqueo en la posición que corresponda para conceder o denegar eléctricamente la vía. El protocolo a seguir en el proceso de Toma de vía es el siguiente. o Los jefes de circulación tienen establecida, mediante órdenes eléctricas previas, una situación de permisión o prohibición de toma de vía. o En caso de que existan unas condiciones de permisión de toma de vía, el Jefe de circulación de la estación que tenga que expedir o dar paso a un tren, procederá a tomar eléctricamente la vía a la estación colateral. Las operaciones a que se refieren los puntos anteriores se efectuarán con la antelación necesaria para no retrasar los trenes. Inmediatamente después de la llegada de un tren a una estación o de su paso por la misma, el Jefe de circulación se asegurará de que: o Ha llegado o pasado completo. o Está protegido por la señal de entrada. Seguidamente, accionará los dispositivos de liberación del bloqueo para dar eléctricamente la llegada del tren. A continuación, se exponen los diferentes tipos de bloqueos automáticos existentes, ordenados de menor a mayor capacidad. Como orden de magnitud, se puede decir que un bloqueo automático incrementa, al menos, un 20% la capacidad obtenida con un bloqueo telefónico. c) BLOQUEOS DE LIBERACIÓN AUTOMÁTICA (BLA). Este bloqueo cuenta, en general, con un solo cantón entre estaciones, el cual es protegido por las señales de manera automática. Las características fundamentales de este tipo de bloqueo son: El cantón de bloqueo se define como la parte de la vía o de cada una de las vías, comprendida entre dos estaciones colaterales abiertas.

20 Pueden estar controlados desde un Puesto de Mando Local o Central (CTC). El bloqueo queda asegurado por medio de las señales que protegen los cantones y por el sentido de las circulaciones. En función de las condiciones de señalización y de vía, se distinguen los siguientes tipos de Bloqueos de Liberación Automáticos: o De Liberación Automática en vía única (BLAU). o De Liberación Automática en vía doble (BLAD). o De Liberación Automática de vía doble banalizada (BLAB). Para que un Jefe de circulación o del CTC pueda proceder a expedir o dar paso a un tren, es preciso que: o El cantón esté libre de trenes (ya que este coincide con un tramo entre estaciones). o En BLAU y BLAB, se haya bloqueado el cantón, con los dispositivos que al efecto existan. o Se haya establecido el itinerario de salida. o Se de la orden de marcha a través de la señal de salida. d) BLOQUEOS AUTOMÁTICOS (BA). Este bloqueo cuenta, en general, con cantones intermedios entre estaciones, las cuales quedan protegidas de manera automática por las señales. Las características fundamentales de este tipo de bloqueo son: El cantón de bloqueo se define como la parte de vía comprendida entre dos señales consecutivas de bloqueo. Pueden estar controlados desde un Puesto de Mando Local o Central (CTC). El bloqueo queda asegurado por medio de las señales que protegen los cantones y por el sentido de las circulaciones. En función de las condiciones de señalización y de vía, se distinguen los siguientes tipos de Bloqueos Automáticos: o Bloqueo Automático de vía única (BAU). o Bloqueo Automático de vía doble (BAD). o Bloqueo Automático de vía doble banalizada (BAB). Para que un Jefe de circulación o del CTC pueda proceder a expedir o dar paso a un tren, es preciso que:

21 o En BAU y BAB se haya bloqueado la sección, con los dispositivos que al efecto existan. o Se haya establecido el itinerario de salida. o Se de la orden de marcha a través de la señal de salida. e) BLOQUEOS DE CONTROL AUTOMÁTICO (BCA). En este bloqueo, la distancia de seguridad se mantiene indicando una velocidad límite, una distancia meta y una velocidad meta en la cabina de conducción, existiendo distintos sistemas. Más adelante, en el apartado correspondiente a sistemas de seguridad y ayuda a la conducción, se detallarán los sistemas disponibles en la red española. Las características fundamentales de este tipo de bloqueo son: El cantón de bloqueo se define como la parte de cada una de las vías comprendida entre pantallas de BCA, o señales que puedan presentar la indicación de parada. Están controlados desde un Puesto de Mando Centralizado (CTC). El bloqueo queda asegurado respetando las velocidades ordenadas en cada momento al Agente de Conducción mediante señalización en cabina. Las condiciones de bloqueo se mantienen asegurando una distancia de seguridad entre trenes a través de la regulación de la velocidad. De modo que en ningún momento se supere la velocidad límite, garantizando la presencia de un único tren en un cantón de bloqueo.

22 La orden de marcha en una estación, se da con cualquier valor de velocidad límite superior a cero. 4.4 Puesto de Mando Centralizado (CTC). Los CTC son elementos fundamentales dentro de los modernos sistemas ITS ferroviarios. En las explotaciones ferroviarias modernas suelen existir Puestos de Mando Centralizados desde donde se controla, de forma centralizada, el tráfico de diversas líneas ferroviarias. El objeto fundamental de la implantación de sistemas automáticos que puedan ser mandados desde un CTC es garantizar la fiabilidad del servicio ferroviario. Esto se realiza a través de la regulación de los intervalos entre trenes, cumplimiento de horarios, asistencia a las averías de la explotación produciendo la mínima perturbación al viajero, realización de maniobras de encierres y reposición de trenes de la línea para mantener la planificación ferroviaria, etc. Por tanto; las funciones fundamentales de un Puesto de Mando Centralizado son las siguientes: Realizar el mando de la señalización y aparatos de vía. Realizar el seguimiento de los trenes. Regular el tráfico ferroviario. Programar el tráfico ferroviario: Realización de mallas y gráficos. Realizar la gestión de flotas. Identificar las circulaciones. Es obvio que para realizar las funciones de supervisión y control, así como telemandar las maniobras, es necesaria la utilización de aplicaciones especializadas de Control de Tráfico que utilizan potentes ordenadores comerciales trabajando con una arquitectura adecuada para mantener un alto grado de disponibilidad. Las aplicaciones de Control de Tráfico existentes en el Puesto de Mando Centralizado pueden ser visibles para los operadores presentes en el mismo a través de pantallas y paneles videográficos. De esta forma, les es posible ver la situación de cada uno de los trenes de la línea que controlan así como la señalización, las alarmas del sistema y el estado de los elementos de la vía. Toda esta información es recibida por el CTC mediante las comunicaciones que lo unen con la línea ferroviaria a través de los enclavamientos; éstos últimos reciben información del resto de elementos del tramo de línea que controlan. Los operadores del Puesto de Mando, encargados de la gestión del tráfico, suelen tener puestos integrados en los que disponen de las comunicaciones de voz necesarias para hablar con el personal de línea y con los trenes (Tren Tierra), así como diferentes aplicaciones seleccionables en las pantallas de su Terminal y en las que pueden visualizar y

23 supervisar el funcionamiento de una línea completa, un tramo de ésta o un depósito, enviando las órdenes sobre los elementos de campo (agujas, señalización, etc.) mediante comandos a través del teclado o mediante utilización del ratón. Integrado con las aplicaciones de Control de Tráfico o bien diferenciado de ésta, se dispone, generalmente, de un programa de Regulación de Tráfico, que permite mantener la regularidad del intervalo, el horario planificado o una regulación mixta (Horario en estaciones terminales y por intervalos en el resto). Este tipo de programas actúan enviando órdenes al campo (automáticas o no), dirigidas a la señalización de los trenes, para regular su velocidad y de esta forma mantener el intervalo o el horario (dependiendo del tipo de explotación) existente en cada momento. Hay explotaciones que tienden a integrar en el mismo recinto del CTC otras funciones relativas a la explotación de las líneas (más propias de un SAE) como las relativas a: Telemando de Subestaciones. Seguridad y Protección Civil. Supervisión y Control de Estaciones. Supervisión de infraestructura. Sistema de información al viajero. Sistema de Ayuda al mantenimiento de trenes. Sistema Centralizado de Circuitos Cerrados de Televisión. 4.5 SISTEMAS DE AYUDA A LA CONDUCCIÓN Las señales, los bloqueos y los enclavamientos garantizan la seguridad de la circulación siempre y cuando el conductor respete la señalización existente. Para aumentar todavía más la seguridad en la circulación de los trenes surgen las herramientas ITS llamadas Sistemas de Ayuda a la Conducción, que tienen por objeto prevenir posibles fallos de los maquinistas. Los sistemas de ayuda a la conducción empleados en las líneas ferroviarias españolas son: Sistema de Hombre-Muerto. Sistemas de protección automática (ATP): o Sistemas puntuales: ASFA. o Sistemas puntuales de supervisión continua: Ebicab.

24 o ERTMS-Nivel 1. Sistemas continuos: LZB. ERTMS-Nivel 2. ERTMS-Nivel 3. Los sistemas de protección automática (ATP), se consideran parte adicional de la señalización, y su filosofía se basa en la supervisión de la correcta actuación de los conductores de los trenes; de forma que, si un conductor no obedeciese las indicaciones de las señales o sobrepasase la velocidad máxima admisible en el tramo en que se encuentra, se produzca automáticamente un frenado de emergencia del tren. En este sentido, conviene destacar que la causa fundamental de la no obediencia de las señales y, en consecuencia, de la mayor parte de las incidencias, es la falta de visibilidad debido a diversas razones (condiciones meteorológicas, mala identificación o mal estado de la señal, distracciones, mala interpretación de consignas temporales, etc). Otra de las causas es el exceso de velocidad (Velocidad elevada en curvas, velocidad de paso por desvíos, etc). Por ello, la gran mayoría de los sistemas ATP están basados en: Señalización en cabina y, Sistemas de frenado automático. Los objetivos fundamentales de los Sistemas de Protección Automática son: Evitar choques de trenes: o Completar la señalización lateral. o Avisar al maquinista. Evitar velocidades peligrosas en los trenes: o Garantizar el cumplimiento de los límites de velocidad. Informar al maquinista: o Presentarle aspectos de señales. o Proporcionar instrucciones. Mejorar las prestaciones de la línea: o Mayor velocidad. o Mayor capacidad. Los sistemas óptimos de protección automática en ferrocarriles urbanos, metros o metros ligeros suelen ser sustancialmente diferentes a los de los ferrocarriles de media y larga

25 distancia. En este sentido, los ferrocarriles metropolitanos tienden a las más altas aceleraciones y deceleraciones posibles, compatibles con el confort de sus viajeros, para conseguir tiempos de recorrido muy cortos, aumentando al máximo la velocidad comercial a pesar de realizar paradas frecuentemente. Ello, se complementa con la necesidad de incorporar el mayor número de trenes posibles en las líneas y períodos del día más saturados. En ferrocarriles de media y larga distancia no suelen ser tan exigentes los intervalos, salvo en corredores compartidos con cercanías o con tráfico mixto. Por ello, los sistemas ATP hasta ahora se basaban más en criterios de frenado seguro para evitar alcances que en la compatibilización de reducciones de intervalo y seguridad. Pero la situación ha cambiado, el gran impulso que, desde la Unión Europea y sus países miembros, se está dando al ferrocarril ha hecho que aparezcan nuevos sistemas que consiguen bajar los intervalos entre circulaciones y, aumentar con ello, la capacidad de las líneas. A continuación, se expondrán los principales sistemas de protección automática existentes en España, terminando con una amplia explicación del sistema ERTMS por la gran importancia que está adquiriendo y adquirirá en un futuro próximo. Además, se expondrán los intervalos que permiten obtener cada uno de ellos: SISTEMA DE ANUNCIO DE SEÑALES Y FRENADO AUTOMÁTICO (ASFA). Este sistema, anuncia en cabina la indicación de las señales a través de una señal captada de una serie de balizas presentes en la vía. El sistema ASFA está instalado en la mayoría de las líneas principales de la Red gestionada por ADIF y, está presente en España desde los años 70 del Siglo pasado. En todo este tiempo, ha dado muy buenos resultados; por ello, en la líneas de Alta Velocidad se está instalando como segundo sistema por si fallase el ERTMS. Las principales características del mismo son: Los principales componentes son: o El equipo de vía, que está formado por balizas fijas y conmutables por relés fundamentalmente. o El equipo de a bordo del tren (captador de señal, panel de cabina, tacógrafo, etc.). Se instalan normalmente dos balizas por señal: o Baliza previa Situada a unos 300m de la señal, anuncia en cabina la indicación de la señal situada a 300m de la misma.

26 o Baliza de señal Situada a unos 5m de la señal. Representa en cabina la indicación de la señal. El principio de funcionamiento sería el siguiente: o Si la señal está en verde El tren circula a la velocidad máxima permitida. o Si la señal indica amarillo: La baliza previa anuncia, en cabina, paso por señal en amarillo. El conductor activa el freno hasta alcanzar la velocidad adecuada. La baliza de señal confirma la indicación. El conductor continúa frenando. Si no se reconocen las señales se activa el freno de emergencia. o Si la señal indica rojo: La baliza previa anuncia, en cabina, paso por señal en rojo. El conductor frena con objeto de detenerse antes de la señal. La baliza de señal confirma la indicación y el tren se detiene. Si el tren pasa a más velocidad de la debida por la baliza previa (30-60 Km/h) se activa el freno de emergencia. Si el tren rebasa la señal en rojo también se activaría el freno de emergencia. o En todos los casos, se activaría el freno de emergencia ante una pérdida de señal. Este sistema permite un intervalo mínimo de unos 10 minutos. Limitación: Velocidad máxima permitida de 200 Km/h SISTEMA ATP-EBICAB. Este sistema se basa en una información puntual que facilitan unas balizas instaladas en la vía para realizar una supervisión continua de la velocidad. Al igual que en el ASFA, el equipo de vía está formado por balizas previas a las señales y balizas de señal. Las principales diferencias de este sistema con respecto al ASFA son las siguientes: Este sistema anuncia no solo la indicación de las señales sino que, además, proporciona información de las características de la vía entre una señal y la siguiente. Por ello, el tren calcula cual es el perfil de velocidad que debe seguir en función de las características de la vía (rampas, pendientes, etc.).

27 Realiza una supervisión continua de la velocidad en función de la indicación de las señales y las características de la vía. Permite circular a una velocidad máxima de 220 Km/h. Está instalado en el corredor mediterráneo. El equipo de abordo permite circular con funcionalidad ASFA. Es importante hacer un estudio de donde colocar la baliza previa en función de donde se pretende que se libere el sistema (cambia la indicación de la señal de rojo a amarillo) y poder, de esta forma, optimizar las prestaciones del sistema aumentando la velocidad y reduciendo el intervalo. Con este sistema se consigue un intervalo mínimo de unos 8 minutos SISTEMA LZB. Este es el primer Sistema ATP continuo instalado en España; concretamente, es el sistema presente en la línea de Alta Velocidad Madrid-Sevilla. Las principales características del mismo son las siguientes: El sistema de información no pasa por la vía (el sistema TVM francés sí), sino que utiliza un cable continuo tendido entre ambos carriles de cada vía, los cuales, a partir de mensajes digitales, permiten una comunicación bidireccional entre el tren y la vía. Existen lazos en los cables cada 600m que permiten localizar el tren con precisión.

28 El sistema calcula una curva de frenado óptima del tren en función de las características de la vía y de la posición del tren que le precede. Esta curva de frenado se calcula desde los puestos de control (enclavamientos cada 60 Km aproximadamente). La información que se recibe en cabina es: o La velocidad actual. o La máxima velocidad permitida. o La velocidad objetivo. o La distancia objetivo. Ésta, es la distancia hasta el punto en el que se debe alcanzar la velocidad objetivo. El sistema permite una velocidad máxima de 300 Km/h. El sistema reduce la longitud de los circuitos de vía permitiendo alcanzar un intervalo mínimo de unos 5 minutos. 4.6 SISTEMA ERTMS El Sistema ERTMS (European Rail Traffic Management System) es el Sistema de Protección Automática de Trenes (ATP) que se implantará, en un futuro próximo, en todos los países de la Unión europea para la gestión del tráfico ferroviario; al menos, en las líneas de A.V. y en las líneas de la red transeuropea de mercancías. Este sistema permitirá, además de la fundamental interoperabilidad entre los distintos países europeos, dotar a las infraestructuras ferroviarias existentes de un aumento de capacidad apreciable. Como ejemplos de esto último conviene citar: Los Países Bajos han liderado la implementación de la tecnología del nivel 2 del ERTMS, lo que ha facilitado las pruebas del cruce de fronteras de trenes. En este sentido, conviene destacar que la construcción de la línea alemana de Betwe para el transporte de mercancías ofrece una conexión ferroviaria estratégica del Puerto de Rotterdam con el resto de Europa. Bélgica, además de sus dos líneas de Alta Velocidad, ha recurrido al sistema ERTMS del nivel 1 para implantar su sistema de señalización en las 1500 señales repartidas por su red ferroviaria, con el fin de aumentar su capacidad y alcanzar mayores niveles de seguridad. Los ferrocarriles suizos han realizado un centralizado y autofinanciado compromiso, dentro del proyecto Bahn 2000, de aumentar en un 30% la capacidad de sus líneas