AVE: El comienzo del futuro del transporte ferroviario en España

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 72)

Ignacio Fernández Marcos, Físico Automática Industrial, Ingeniero Técnico Industrial Mecánico, Máster Gestión Pymes, Experto en MEF de Estructuras, Especialista en Geotecnia y Cimentación MEF, Máster Hormigón Armado de Edificios, Máster en Cosmología Física, Certificado de Cualificación de Prospección y Especificación, Calificación Técnica y Soporte a Planta de Sistemas Móviles, de Acceso Radioeléctrico, Complementarios y Antenas.

Vamos a considerar los distintos aspectos de la tecnología de la alta velocidad en nuestro país:

Alimentación eléctrica: El AVE utiliza alimentación eléctrica de 2×25 KVA AC a 50 Hz. Por esta razón se producen retornos desde las locomotoras hacia las subestaciones eléctricas que generan interferencias eléctricas perjudiciales en la localización de trenes. Esto determina que se emplee la modulación en frecuencia y señalización digital. Las subestaciones eléctricas se sitúan cada 60/70 km y los transformadores cada 10/15 km.
Señalización en cabina del conductor: En la era de la alta velocidad no es suficiente con la señalización exterior al tren son necesarios unos dispositivos interiores que asistan al maquinista.
Señalización ATP (Automatic Train Protection): Es el nivel más sencillo y requiere la actuación del maquinista ante la visualización de una señal exterior. Si el maquinista no interviene el tren se detendrá. Esta señalización es útil en velocidades comprendidas entre 200 y 100 o menos km/h (metros de las ciudades), Nivel 0. Para alta velocidad se necesita la señalización visible en la cabina.
- Sistema ASFA (Anuncio de Señales y Frenado Automático): Es el sistema español para la comunicación vía – tren.
- Sistema alemán LZB (Linienzugbeeinflussung, influencia lineal en el tren): Es un sistema alemán para la comunicación vía – tren y tren – vía. Es apto para AVE y utiliza modulación digital FSK de dos frecuencias distintas, 36 kHz vía – tren y 56 kHz tren – vía.. Se utiliza en bucles cortos y calcula la velocidad a la que puede circular el tren. El maquinista recibe información del tren precedente y de la velocidad que debe llevar su tren. En caso de peligro el tren se detiene.
Balizas: Son los elementos situados en la vía para la comunicación entre la vía y el tren. También se utilizan en ASFA digital. Son elementos fundamentales para la situación de los convoyes (seguridad y protección) para evitar colisiones entre convoyes y regular el tráfico en los trenes de alta velocidad.
- Frecuencias utilizadas: Transmiten una radiofrecuencia determinada entre 55 kHz y 135 kHz.
- Materiales: Ésteres vinílicos reforzados con fibra de vidrio.
- Temperatura de funcionamiento: Entre – 40 º C y + 70 º C.
- Grado de protección IP67 EN 60529.
- Normas UNE sobre condiciones ambientales y compatibilidad electromagnética: EN 50125-3 y EN 50121-4 respectivamente.
- Para su utilización en distancias de hasta 800 m se utiliza hilo radiante.
Pedal de hombre muerto: Es un dispositivo que hace que el maquinista pulse cada cierto tiempo un pedal porque si no el tren se detendrá por seguridad. El maquinista pues encontrarse indispuesto.
Unidad de registro jurídico: Es el equivalente a la caja negra de las aeronaves como unidad de grabación de datos.
Señalización ERMTS/ETCS: Son las siglas de European Traffic Management System/ European Control System. El desarrollo es similar al seguido por GSM y UMTS en la red móvil (1G 1981 TACS en España, 2G 1992 GSM, 2.5G GPRS, 3G 2001 UMTS, 4G 2011 y 5G 2020). La señalización ferroviaria ERMTS/ETCS se desarrolla en tres niveles:
- Nivel 1. Comunicación por balizas, aplicable en velocidades máximas de 300 km/h y una frecuencia entre trenes de 5 min a dicha velocidad.
- Nivel 2. Comunicación por radio GSM-R (Railway), para velocidades de hasta 350 km/h y frecuencia entre convoyes de 2,5 min a la velocidad indicada. GSM-R utiliza Las modulaciones FDMA y TDMA, acceso múltiple por división de frecuencia y de tiempo respectivamente. GSM-R emplea bucles de fibra óptica, cable radiante y antenas directivas Yagi.
- Nivel 3. En desarrollo. Los trenes actúan independientemente.

Esta señalización significa la interoperabilidad entre los sistemas ferroviarios de varios países europeos y como consecuencia, la interoperabilidad del equipamiento de los distintos fabricantes.

Para el desarrollo de ECTS se formó UNISIG (Union Industry of Signalling): Alstom, Ansaldo STS, Bombardier, Siemens, Thales, CAF y AŽD Praha). El lenguaje ERMTS emplea variables y paquetes o grupos de variables. Los objetivos más importantes de ERMTS son la seguridad física y la puntualidad entre trenes.

Especificaciones FRS y SRS, de requisitos funcionales y del sistema respectivamente: Permiten la transmisión de datos entre un centro de control y los trenes moviéndose a velocidades de hasta 500 km/h. SRS se basa en GSM.

CTC: Son las siglas de Control de Tráfico Centralizado. Gestiona el tráfico desde un puesto de mando. Ya en la época del vapor, también en España, se utilizaban los CTC sobre todo a partir del final de la guerra civil
CRC: Son las siglas de Centro de Regulación y Control . Se utiliza sólo para el tráfico de AVE. Los CTC se integran en CRC. Hay varios CRC según la línea de alta velocidad considerada.
Túneles: Los túneles de alta velocidad tienen mayor sección transversal con lo que se disminuyen las turbulencias que se puedan producir. Otras turbulencias características se generan al circular por vías paralelas dos trenes de alta velocidad. La construcción de túneles se ejecuta mediante el nuevo método austriaco, perforando una zona y construyendo una estructura resistente. Una alternativa a la utilización de cable radiante es la utilización de antenas directivas Yagi.
Vía sobre placa de hormigón de AVE: Utiliza una placa de hormigón que va situada entre el carril y la plataforma, sin empleo de balasto. Produce un reparto uniforme de las tensiones sobre la plataforma. En caso de utilización de balasto, el tamaño máximo de aquel es diferente en tramos rectos de túneles y puentes.
Sujeción Nabla: Se emplean para su utilización entre las bridas de los raíles y la losa de hormigón a base de un material elástico. Esta solución resiste cargas y velocidades elevadas. Estos elementos han de someterse a pruebas de fatiga, de resistencia a cargas en movimiento y pruebas de tensión – deformación.
Auscultación dinámica de las vías: Se lleva a cabo en vías de alta velocidad a velocidades máximas de 300 km/h.
Locomotora 252: Estas máquinas de mercancías y viajeros se utilizan en trazados de alta velocidad. Uno de los elementos principales a tener en cuenta en esta funcionalidad es el peralte de las curvas por las que transiten estos convoyes. La alimentación de las locomotoras de alta velocidad se realiza a través de onduladores de tensión. Otro elemento a considerar en la alta velocidad es la distancia máxima de frenado a las distintas velocidades de los trenes (como ejemplo: a 250 km/h es de 2.800 m).
Logros de la red de alta velocidad en España y fuera de nuestras fronteras: Hay 11.000 km de vías de alta velocidad en territorio español. En Oriente Medio el consorcio español de empresas consigue unir las ciudades de La Meca y Medina con trenes de alta velocidad. En África del Norte, en Marruecos se utilizarán 46.000 toneladas para los railes que unirán Casablanca y Tánger.
Trenes de levitación magnética monoviga: Supone un paso más allá en la alta velocidad. Las velocidades máximas están comprendidas en el entorno de 600 km/h.
Resumen final de los sistemas ferroviarios de señalización y modos de conducción:
- Sistema ATP de protección automática.
- Sistema interoperable ERMTS.
- Modo de conducción ATO (Automatic Train Operation), sin maquinista.