Sistemas para aumentar la velocidad de los trenes en una curva ¿Basculación o Pendulación?

Al circular por una curva, la fuerza centrífuga empuja a los trenes hacia el exterior, lo que se compensa de forma parcial mediante el peralte (la diferencia de altura entre ambos carriles en una curva, siendo más alto el exterior).


(Última actualización: 12/07/2021)

Aceleración lateral no compensada

Cuando un tren pasa por una curva ejerce una aceleración lateral hacia el exterior de la vía que depende de la velocidad del tren y del radio de la curva; ésta es independiente de la masa del tren. Al elevar el carril exterior por encima del carril interior (peralte), la gravedad da lugar a una aceleración hacia el interior, que compensa parcialmente la anterior y depende de la diferencia de altura y del ancho de vía (aumenta por un mayor peralte o un menor ancho de vía).
Si se compensasen ambas aceleraciones para una determinada velocidad tendríamos el «peralte de equilibrio», pero los trenes de mercancías circulan a menor velocidad y siempre existe la posibilidad de que alguno de viajeros se detenga en plena curva. Así que, en la práctica, el «peralte aplicado» es siempre inferior al de equilibrio (históricamente se ha aplicado 2/3 del mismo), y su diferencia se denomina «insuficiencia de peralte».

Peraltes

El valor normalmente aceptado para la aceleración lateral no compensada por el peralte es el de 0,65 ms², no siendo aconsejable sobrepasar 1 ms². Éste es el valor de confort y desgaste normal de llanta y carril; los valores de seguridad son mayores ya que el descarrilo se produciría (dependiendo del estado de los elementos) superando los 2,5 ms², aunque antes riparía la vía.
Así que, para aumentar la velocidad de paso por curva con el mismo confort y la misma estabilidad, se buscaron sistemas de basculación que compensaran parcialmente esa aceleración lateral.
Los trenes que pueden pasar una curva a mayor velocidad son los Tipo D (permiten una aceleración lateral no compensada de 1,8 ms²): en España estaba el S-443 (el Platanito), y los S-594.1 TRD y los S-598, cuando tenían el SIBI en servicio. Ahora no hay ninguno.
En el C (1,5 ms²) estaban los Alaris S-490 cuando tenían el Pendolino en servicio y los remolques T-VII, aunque fueron homologados a Tipo B por las locomotoras.
En el B (1,2 ms²) estaban los Alaris S-490 y las antiguas locomotoras Talgo (S-352, 353 y 354), y actualmente todos los Talgo (T-VI, S-102, 112, 130 y 730), y las locomotoras S-252 (200B/220B).
En el A (1,0 ms²) el resto de material moderno, por ejemplo: S-120/121 S-103 S-594 S-449.
Y en el N (0,65 ms²) el material antiguo, por ejemplo: los S-100 y los S-440.
Así, un tren Tipo D (el que más compensa: 1,8 ms²) puede pasar una curva de 300 m de radio (con peralte de 160 mm) a 105 km/h (que sin basculación provocaría una aceleración lateral no compensada de 2,45 ms²), con el mismo confort (0,65 ms²) que un Tipo N a 78 km/h. Básicamente existen dos sistemas de basculación: la asistida y la natural.

Basculación asistida

La basculación necesita dispositivos neumáticos o hidráulicos que levanten un lado de la caja siguiendo la orden de los sensores (acelerómetros, inclinómetros, giroscopios o GPS). Los trenes Pendolino -pese a su nombre- son basculantes; su sistema consiste en que el giroscopio detecta la entrada en la curva y los acelerómetros de cada bogie la magnitud de la misma, en función de la cual el sistema acciona los servomotores oleodinámicos; el sistema actual es similar, aunque electrónico, y funciona a más de 70 km/h.
El Sistema Inteligente de Basculación Integral (SIBI), de CAF, está dotado de acelerómetros, inclinómetros, giroscopios y GPS. Primero se graban las particularidades de perfil de vía y luego los técnicos calculan las inclinaciones necesarias. La inclinación máxima es de 8º, igual que en el Pendolino, aunque hubo sistemas basculantes de 9º como en el británico Advanced Passenger Train, y hasta de 10º en el prototipo Pendolino ETR 401.

Basculación
Sistema SIBI de CAF

Pendulación natural

En cambio la pendulación de Talgo es natural (pasiva); consiste en elevar el plano de suspensión muy por encima del centro de gravedad, con los balones de presión de la suspensión neumática en el techo; así, los coches quedan suspendidos de los amortiguadores: como un péndulo. Las cajas se inclinan en las curvas por la fuerza centrífuga, sin posibilidad de error y sin consumo de energía.

Pendulación
Tren convencional y tren pendular

Pero, como toda suspensión tiende a poner de nuevo a la caja en posición horizontal, existe un sistema electro-neumático que impide el paso de aire a la suspensión para que se mantenga inclinado.

Mecanismo pendulación

Este sistema sólo se activa si la curva es de radio inferior a 1.500 m y la velocidad superior a 60 km/h.
La inclinación máxima es de 4,5º (Tipo B) aunque los coches T-VII de ancho fijo sean Tipo C pero, con la tractora, los trenes también son Tipo B.

Comportamiento pendular

La nueva plataforma Avril puede incorporar pendulación, pero solo con la caja normal, ya que, con caja ancha, el imprescindible mecanismo de guiado de cajas que las reposiciona en las curvas (para no salirse del gálibo UIC G1) es Incompatible con la pendulación.

Comparación

La basculación permite mayor inclinación (hasta 8º Tipo D) que la pendulación (4,5º Tipo B) y, por tanto, mayor velocidad. El principal problema de los trenes basculantes es que son más caros y, sobre todo, que tienen un mantenimiento mucho más costoso, por eso hay muchos que terminan siendo desinstalados. También tienen un mayor peso por los equipos instalados, sobre todo por los motores hidráulicos, mayor consumo de energía para los equipos (los primeros llevaban grupos electrógenos), y las largas inmovilizaciones de material por estancias en taller, ya sea por averías o por mantenimiento.

Es larga la lista de series basculantes a las que se ha desactivado o desmontado los equipos de basculación.
En España se desactivó el sistema SIBI de CAF en los 8 S-594 que lo tenían instalado, y en los 21 S-598 poco después de su comienzo comercial. En Alemania se desactivó en los 71 ICE T en 01/2009 (1999/2006) y en los 20 ICE TD en 02/2006 (2001/2003). Los 20 Acela de Amtrak empezaron (2000) con el sistema tarado a 4,2º (cuando estaba previsto para inclinarse 6,8) y fueron apartados (entre 2002 y 2005) por diversos problemas, entre ellos la basculación. Los 15 ETR 450 (1988/1991) circularon con la basculación desactivada desde 2004 hasta su apartado, en 2014. Los 23 Super Voyager 221 británicos de CrossCountry (2002/03) la desactivaron en 2008 para circular acoplados a otros que no la tenían; más tarde la quitaron y cambiaron la suspensión. En Suiza renunciaron a la basculación (y eso que era pasiva y de solo 2º) de los Twindexx Swiss Express FV Dostos por «reducir la comodidad para el viajero, ser altamente complejo, comparativamente propenso a fallar además de costoso de mantener».

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