Por Alberto Parra
El transporte ferroviario inició hace muchos años como consecuencia de la revolución industrial del siglo XVIII. En el año 1769 apareció el tren de vapor y en 1839 se inauguró la primera línea de tren interurbano entre Liverpool y Manchester.
En el siglo XIX se diseñan y manufacturan los primeros trenes eléctricos con las tecnologías disponibles de la época, los primeros trenes de pasajeros del transporte ferroviario eran carros de pasajeros arrastrados por locomotoras de Diesel, lo más común era tener trenes mixtos (carros de carga y de pasajeros), en el caso de México fueron fabricados en la ciudad de Sahagún por CNCFSA, en cuanto a transporte urbano (metro y trenes ligeros) fueron diseñados y manufacturados igualmente en la ciudad de Sahagún, Hidalgo por Concarril y Bombardier.
Los primeros trenes de pasajeros del metro que llegaron de Francia en el año de 1968, como tecnología se usaba:
- En el sistema de tracción (JH a partir del movimiento de levas, que modificaban las conexiones de los motores de tracción) y con esto establecer el control de velocidad y/o del par de los motores de tracción de corriente directa y por tanto el control de velocidad del tren.
- El sistema de control del tren y de servicios se diseñó con relevadores electromagnéticos y protegidos por fusibles.
- Los sistemas de generación de energía para servicios auxiliares y de CA se obtenía a través de máquinas rotativas (motor/generador).
- El motocompresor o generador de aire comprimido era impulsado por un motor de corriente directa, controlado mediante resistencias conectadas en la armadura y/o al campo del motor de corriente directa, utilizaban materiales que ahora están prohibidos por producir gases tóxicos, por ejemplo, los aislamientos de los cables que utilizaban forros de PVC y aislamientos a partir de asbestos).
- El alumbrado del salón de pasajeros era mediante lámparas fluorescentes y la mayoría de los acabados interiores era mediante paneles laminados.
En los coches de pasajeros de transporte ferroviario utilizaba un grupo motor/generador para obtener energía para el suministro de los servicios, tales como alumbrado, ventilación o aire acondicionado, etc.
En cuanto a las comunicaciones y sistemas de control de tráfico de los trenes se utilizaban tecnologías, cómo el radioteléfono que funcionaba a partir de las mismas vías de transmisión de energía (corriente directa) con señales de frecuencia que se separan de las señales de corriente directa y de sus harmónicos o ruidos eléctricos por medios electrónicos.
Con la evolución tecnológica de la ingeniería, la manufactura y desarrollo de material rodante ha traído cambios en cortos períodos, de modo que tenemos trenes más ligeros, con mejor desempeño, con mayor vida útil, con consumo de energía optimizado: una mejora continua.
El mejor ejemplo de la evolución tecnológica son los trenes de pasajeros, donde encontramos sistemas de tracción, compuesto por un sistema de control por levas (JH) para los motores de tracción de corriente directa, después se utilizaron semiconductores electrónicos ( SCR y GTOs) que son elementos de potencia que requerían para su adecuado funcionamiento refrigerantes en las cajas de instalación y conexión, éstos en algunas ocasiones usaron refrigerantes como los del sistema de aire acondicionado (en sus inicios eran contaminantes) después se optó por sistemas de enfriamiento por tubería de agua.
Después llegaron los semiconductores tipo IGTBT componentes electrónicos, que se utilizaban en los sistemas de tracción y convertidores electrónicos para servicios auxiliares, conectados por un puente ondulador para obtener la corriente alterna, para controlar la velocidad de los motores de tracción. Estos semiconductores se instalan sobre bloques de disipación térmica que requieren de ventilación forzada, por lo que contribuyen a mejores resultados en cuanto al desempeño (esfuerzo de tracción y consumo de corriente) y a mejores resultados en cuanto a RAMS.
En el inicio del desarrollo de la ingeniería de los trenes ligeros se decidió utilizar en el control de servicios, la aplicación de PLCs en lugar del control a través de relevadores (se buscaron aplicar sistemas de control electrónico que soportaran vibraciones, choques, temperaturas y con la aplicación de dispositivos electrónicos que cumplieran con las normas militares).
En el caso de circuitos y equipos de seguridad conectados en el bucle de seguridad se ha buscado aplicar sistemas “fail-safe”, es decir, es un circuito duplicado; en los sistemas electrónicos por PLC y en sistemas por relevadores e interruptores de límite de carrera, como el caso del censado de las posiciones de las puertas, del enganche o acoplamiento, relevadores y palancas de control. Igualmente se ha sustituido los sistemas de alumbrado y ahora se utilizan sistemas de alumbrado por LEDs en lugar de lámparas incandescentes o tubos fluorescentes.
En los sistemas de anuncio a pasajeros se utilizaban equipos básicos de sonorización que se han venido modernizando de tal manera que los sistemas de comunicación por radiofrecuencia eran de conductor a pasajeros y viceversa. Este puesto de control por radiofrecuencia es compatible con los sistemas más modernos de comunicación e inmune a ruidos eléctricos externos (compatibilidad electromagnética).
En los sistemas de control de tráfico al inicio del desarrollo de los ferrocarriles de pasajeros se usaban los sistemas básicos de PA (ATP+ATO+ATC), ahora tenemos la señalización hasta un sistema de control de tráfico como el ERMTS, que además de usar señales en radiofrecuencia también cuenta con balizas de ubicación en tiempo real de los trenes o material rodante.
Los equipos de señalización del estado de los equipos abordo que dan información al conductor utilizaban focos o lámparas incandescentes; actualmente utilizan equipos de señalización con sistemas de pantallas tipo “touch screen” permitiendo una interface en tiempo real, de manera gráfica y eficiente con el conductor dando a conocer el estado de los equipos en tiempo real, inclusive apoyando los trabajos de ayuda al mantenimiento información que toma de todos los equipos conectados en red y con el protocolo adecuado despliega la información requerida para el mantenimiento y aviso al conductor.
Otro de los equipos que han evolucionado a es el sistema de velocímetro, odómetro y registrador de eventos (caja negra) que utilizaba elementos básicos de almacenamiento de información (memoria EEPROM, tipo FIFO ) con capacidad de almacenar señales digitales y analógicas, han venido evolucionando de tal manera que reciben estas señales de los equipos en ese tipo de información además de la que corresponda en tipos de señales (tren de datos, en base a interfaces de comunicación que pueden ser del tipo can bus o la aplicable en el diseño del vehículo o tren ) el registro de esta información igualmente podrá ser enviada vía radio frecuencia al puesto central de control.
Actualmente la gran mayoría de los equipos eléctricos/electrónicos utilizan como parte de su sistema un control por microprocesador siendo posible establecer interfaces para que puedan comunicarse y establecer interfaces de manera fácil y rápida.
Ahora los sistemas de control sean más efectivos que en lugar de utilizar interruptores límite de carrera optan sensores de proximidad. Ahora tenemos trenes sin conductores que principalmente se utiliza en sistemas people mover desde hace algunos años y recientemente se ve en trenes del tipo monorraíl y trenes de servicio urbano.
En cuanto a los sistemas de tracción se vienen aplicando sistemas híbridos Diesel/eléctricos, eléctricos con respaldo de baterías que pueden ser de carga por oportunidad, de carga al final de la jornada de trabajo y varias combinaciones más.
Lo más reciente en sistemas de tracción son las celdas de hidrógeno que para obtener energía eléctrica utilizada en el sistema de tracción y mientras el sistema lo permita pueda almacenarse la energía en baterías, la gran ventaja es que el residuo que se obtiene de esas celdas es agua.
La evolución tecnológica y su impacto en los trenes de pasajeros, incluye los materiales y las normas que se aplican que ahora son mucho más exigentes en cuanto a seguridad y desempeño de los trenes y sus equipos, la tecnología en el diseño de los trenes igualmente ha venido evolucionando, desde el diseño en restirador con reglas universales y cálculos a mano (con la regla de cálculo), pasando por el uso de calculadoras, hasta las hojas de cálculo, las simulaciones por computadora, el diseño por AutoCard al diseño basado en modelos (BIM) que permiten la verificación de las interfaces mediante el diseño con maquetas virtuales o modelos en 3D, estas interfaces son verificadas en cuanto a las instalaciones y montajes de equipos.
Este tema sin duda resulta muy apasionante y falta mucho por describir.
Alberto Parra Sánchez
Ingeniero especialista con más de 30 años de experiencia en material rodante.
