DISEÑO OPERACIONAL DE SISTEMAS METRO

Transcripción

1 DISEÑO OPERACIONAL DE SISTEMAS METRO Ing. Javier Cornejo Arana Especialista en Operación de Ferrocarriles Metropolitanos Abril 2013

2 Diseño Operacional Es un procedimiento interactivo que permite ajustar la oferta de un sistema de ferrocarriles metropolitanos (Metro) a la demanda prevista en la línea, estableciendo un esquema de producción de servicio, y del cual se derivan una serie de resultados, como son: Horario de servicio Requerimientos de recursos humanos Requerimientos de recursos materiales

3 Características del Diseño Operacional El diseño operacional de un sistema Metro se basa en un procedimiento que conjuga información producida en diversas instancias previas, como son: Estudios de Planificación del Transporte y Modelación de la Demanda Trazado, Diseño de Vía y Estudios de Inserción Urbana Características del Material Rodante Características de los sistemas de control

4 Herramientas para el Diseño Operacional Se utiliza programas de simulación para facilitar el diseño operacional, p.e.: OpenTrack

5 Escenarios de Modelación Un Escenario de Modelación de un sistema Metro está compuesto de: Ruta o trazado preliminar con definición de las estaciones de pasajeros (nodos) Periodo del día en estudio (hora punta de la mañana, hora punta de la tarde, hora valle) Frecuencia de servicio Año de proyección Asignación de demanda en la línea Histograma de distribución de la demanda a lo largo del día

6 Datos de Demanda (1) El modelo de demanda nos debe proporcionar la siguiente información: Carga máxima de la línea en cada uno de los periodos estudiados, es decir, hora punta de la mañana, hora punta de la tarde y hora valle; y para cada sentido de marcha. Carga máxima en las estaciones de mayor demanda, igualmente en cada uno de los periodos estudiados, es decir, hora punta de la mañana, hora punta de la tarde y hora valle y para cada sentido de marcha.

7 Datos de Demanda (2) Carga máxima de pasajeros en la línea según escenario de demanda Escenario de demanda Escenario 1.3 Escenario 2.3 Escenario 3.3 Escenario 3.4 Escenario 3.4 proyectado al 2047 Tramo más cargado Estación San Juan de Dios Circunvalación Estación 28 de Julio - Estación Cangallo Estación 28 de Julio - Estación Cangallo Estación Plaza Manco Cápac - Estación Central Estación Plaza Manco Cápac Estación Central Carga máxima - pphd (pasajeros por hora por dirección) Año proyectado 15, , , , ,

8 Datos de Demanda (3) Carga máxima de pasajeros en estaciones (subidas) según escenario. Escenario de demanda Estación Subidas- pphd (pasajeros por hora por dirección) Año proyectado (andén dirección este-oeste) Escenario 1.3 Estación 28 de Julio 5, Escenario 2.3 Estación 28 de Julio 14, Escenario 3.3 Estación 28 de Julio 18, Escenario 3.4 Estación 28 de Julio 27, Escenario 3.4 proyectado al 2047 Estación 28 de Julio 35,

9 Datos de Demanda (4) Distribución porcentual de la demanda de viajes de Lima y Callao a lo largo del día

10 Datos de Demanda (5) A la carga de hora punta se le aplica un factor de seguridad (Factor de Hora Punta) para prevenir los picos de demanda. En base al histograma de distribución de la demanda a lo largo del día, se calcula el Factor de Hora Punta como la relación entre el pico de demanda del periodo y la demanda promedio del mismo periodo. En el gráfico anterior: Pico de demanda: 2,3 (hora punta de la mañana) Demanda promedio en el periodo de punta de la mañana: 2 Factor de Hora Punta: 2,3 / 2 = 1,15

11 Trazado y Esquema de Vías En base a los estudios topográficos y de inserción urbana se establece el trazado de la línea, el cual nos proporciona la información sobre planimetría, altimetría, distancia entre estaciones, ubicación de colas de maniobra, terceras vías, etc. El esquema de vías nos dice la ubicación, tipo y disposición de los cambios de vía para la circulación de los trenes.

12 Trazado

13 Esquema de Vías

14 Material Rodante Se requiere las características del material rodante propuesto, en lo que respecta a dimensiones; capacidad de pasajeros; curvas de tracción, aceleración y frenado; y tipo de conducción.

15 Características del Material Rodante

16 Velocidad Máxima en Cada Tramo Con la información del trazado, diseño de vía y características del material rodante, se calcula la velocidad máxima en cada tramo, empleando fórmulas del tipo: Suponiendo: - aceleración no compensada = 0,9 m/s2 máximo γnc - peralte máxima h = 160 mm - el radio de curvatura R - la aceleración de la gravedad g = 9,81 m/s2 - trocha s = 1435 mm La velocidad de un tramo con R = 250 metros, resulta ser: V = 3,6 250 (0, *9,81/1435) = 80 Km/h

17 Sistemas de Control

18 Ciclo de Operación El ciclo de operación es el tiempo que un tren requiere para dar una vuelta completa en la línea. Está compuesto por: Tiempo de carrera, el cual se calcula según las curvas de aceleración y frenado del tren; y las velocidad máxima de cada tramo. Tiempos de parada en estaciones. Se asume un valor inicial que luego debe verificarse e iterarse para establecer el ciclo real de operación. Tiempo de inversión de marcha. Depende del tipo de conducción y de la disposición de las vías de inversión de marcha.

19 Escenario de Operación Es una hipótesis de trabajo que se ajusta a través del diseño operacional. Un escenario de operación contiene: Tramo y estaciones de servicio Frecuencia de servicio Año de proyección

20 Verificación de la Capacidad La primera verificación de un escenario consiste en comprobar que la frecuencia y la capacidad de tren permiten atender los picos de demanda. Escenario operacional Carga máxima - pphd (pasajeros por hora por dirección) Frecuencia Trenes/hora Pasajeros por tren Capacidad del tren propuesto Escenario 0 15, ,200 Escenario 1 27, ,363 1,200 Escenario 2 31, ,200 Escenario 3 47, ,197 1,200 Escenario 4 61, ,546 1,200 Escenario 5 61, ,374 1,400

21 Flota Requerida En función de los ciclos operacionales y las frecuencias propuestas para cada escenario, se calcula la cantidad de trenes en línea de dicho escenario. A la cantidad de trenes en línea se añade una reserva de operación y una reserva de mantenimiento, para obtener la flota requerida en el año que corresponde al escenario. El programa de adquisición de trenes debe anticipar el requerimiento de trenes.

22 Estimación de la Flota Requerida Tiempo de carrera (min) Tiempo de Tiempo de vuelta (min) Frecuencias (trenes/hora) Número de trenes operativos Reserva inversión Total flota Línea completa Servicios (min) Línea Servicios Línea Servicios Línea Servicios Total cortos completa cortos completa cortos completa cortos operativos 10% Escenario Escenario Escenario Escenario Escenario Escenario

23 Escenario de Operación

24 Verificación de Tiempos de Parada (1) En función de la demanda de cada estación (subidas y bajadas) y de la frecuencia de paso de los trenes de cada escenario, se establece la cantidad de pasajeros que subirán a un tren en cada estación. Escenario Estación Subidas- pphd (pasajeros por hora por dirección) Pasajeros que suben por tren (andén dirección esteoeste) Escenario 0 Estación San Juan de Dios 5, Escenario 1 Estación 28 de Julio 14, Escenario 2 Estación 28 de Julio 18, Escenario 3 Estación 28 de Julio 27, Escenario 4 Estación 28 de Julio 35, Escenario 5 Estación 28 de Julio 35,

25 Verificación de tiempos de parada (2) A partir de la cantidad de pasajeros que suben a cada tren se verifica si el tiempo de parada asumido al inicio de la simulación es suficiente. Para ello, se utiliza información de campo sobre los tiempos de parada reales que se requieren para la subida y bajada de los pasajeros, tal como se muestra en la tabla. Luego se ajustan los diagramas de circulación de trenes. Demanda (pasajeros que suben en cada tren) Tiempo de parada (segundos) , ,201 1, ,601 2,000 40

26 Resultados del Programa de Simulación Gráfico de velocidades Malla horaria Horario de servicio Ocupación de vías Simulación de la circulación (animación) Consumo de energía Producción de servicio

27 Malla Horaria

28 Energía

29 Diseño de la Integración Modalidades de transporte en bus: BRT (Metropolitano) Buses convencionales Siendo el BRT un sistema de control centralizado de alta capacidad, es más factible realizar una integración operacional con este sistema. En el caso del transporte convencional es más probable que la integración sea tipo natural. En este caso, se debe de todas maneras prever una infraestructura que facilite la fluidez y seguridad de la transferencia de pasajeros entre ambos modos.

30 Diseño de Infraestructura El modelo de demanda, mediante una simulación basada en el diseño operacional del Metro, nos debe proporcionar una estimación de demanda en los periodos de estudio y en los puntos (estaciones) de integración. La información de flujos de pasajeros del modelo servirá de input para el diseño de la infraestructura de integración (estaciones intermodales) así como de su equipamiento (torniquetes). En función de los flujos de pasajeros que hacen la transferencia intermodal, y la frecuencia de paso de los trenes (según el diseño operacional) se estima la capacidad requerida de los buses. En los periodos de pico, dada la capacidad de los buses, se puede recurrir a la formación de convoyes.

31 Control de Operaciones Tanto el Metro como el BRT tienen sistemas de control centralizado que permiten mantener la puntualidad y la regularidad de la operación. A fin de asegurar la coordinación entre los centros de control se debe buscar la repetición de la información (al menos la información básica) entre ambas sedes. Esto permite coordinar: inicio y fin de servicio, comunicaciones de seguridad, eventos de demanda, servicios especiales, cierre de estaciones, etc. Asimismo, se intercambia la información sobre ingresos de pasajeros e integración tarifaria.

32 Integración tarifaria La integración tarifaria permite al usuario desplazarse dentro de la red integrada con una estructura de tarifas determinada y con medios de pago centralizado. La estructuración de la tarifa integrada depende del modelo de negocios de cada concesión. La centralización de medios de pago requiere de tarjetas similares, con formatos adecuados y acuerdos de clearing. Puede funcionar también con dos ventanillas de pago en cuyo caso el usuario deberá depositar dinero en ambos sistemas (Metro y BRT).

33 GRACIAS POR SU ATENCIÓN