Ferrocarril

SISTEMAS DE TRACCION

4.3 Sistemas de tracción:

Tipos de tracción

En todo proceso que hay que realizar una inversión se busca una inversión mínima con unos beneficios máximos; en el caso del ferrocarril, visto desde el punto de vista de la tracción en el que hay que vencer unas resistencias y realizar un esfuerzo necesario para asegurar el remolque, se minimiza las potencias necesarias (dada una velocidad determinada) y por tanto los consumos energéticos.

Los diferentes tipos de tracción en las líneas de ferrocarril son:

• Vapor

• Eléctrica

Con motores térmicos:

• Los turbomotores

• Los motores Diesel

Hay que dar a conocer que los motores de gasolina, utilizados hace ya muchos años, fueron abandonados por tres causas:

• Potencia unitaria insuficiente

• Combustible caro

• Riesgos de incendio o explosión

Turbo motores

Características de los turbomotores:

• Se utiliza el gasoil como combustible.

Su principio de funcionamiento es la producción de un par en un eje.

Sus partes son:

Generador de gas (compresor + cámara de combustión).

Turbina.

• Se necesita una fuente de energía exterior para el arranque.

• Sentido único de giro.

• Mayor zona de utilización respecto de la relación potencia-velocidad que los Diesel.

• Rendimiento muy variable.

Diferencias frente a tracción Diesel:

• La potencia másica en los turbomotores es diez veces superior a la de los motores Diesel.

Electrica

Hay tres tipos de electrificación dentro de la tracción eléctrica:

1) Con corriente continua:

Fue la que primero se utilizó; al no saberse cómo transformar la tensión se tenía la misma tensión de transporte sobre la línea de contacto que la que hacía funcionar a los motores: 700-3000 v -> Tensión muy baja -> dos consecuencias:

1- Intensidades de miles de amperios por las líneas de contacto para conseguir la potencia necesaria.

2- Catenaria de gran sección y subestaciones muy próximas para evitar las grandes caídas de tensión

2) Con corriente alterna monofásica:

Hay dos tipos según la frecuencia utilizada:

1- De frecuencia especial

:

Se suele adoptar una corriente de frecuencia menor que la frecuencia normal (de 16 2/3 Hz).

Esta clase de tracción eléctrica se utiliza en CentroEuropa (Suiza, Alemania,

Austria), Suecia y Noruega.

2- De frecuencia industrial (a 50 Hz):

Surge con el objetivo de crear instalaciones ligeras e intentar integrar el ferrocarril en la red industrial.

3) Con corriente alterna trifásica:

Al principio se dejó de lado este tipo de tracción ya que pese a usar motores trifásicos, que son robustos y baratos, presentaba dos inconvenientes:

1- Necesidad de instalar doble catenaria, con la vía como tercera fase.

2- Dificultad para regular la velocidad, al depender ésta directamente de la frecuencia (n=60•f/p).

Más adelante, unos setenta años después, fue retomada esta opción de tracción eléctrica debido al gran desarrollo tecnológico acaecido durante todos estos años, especialmente en el campo de la electrónica de potencia y los semiconductores.

Gracias a esta tracción se ha conseguido el récord de velocidad de 515.3

Km/h.

Comparacion diesel frente electrica

1) Ventajas de la tracción Diesel frente a la eléctrica:

• No es tan costosa su instalación, debido al elevado gasto que supone la electrificación de la línea.

2) Desventajas de la tracción Diesel frente a la eléctrica:

• Mayor ruidosidad de las locomotoras Diesel, siendo necesario la implantación de silenciadores para disminuirla.

• Las locomotoras eléctricas desarrollan mayores potencias que las

Diesel (50-55 kW/t frente a 20-23 kW/t).

• Mejor prestación de las locomotoras eléctricas en el caso de rampas pronunciadas durante el trayecto.

• En túneles y tramos subterráneos, por razones de seguridad, son preferibles las locomotoras eléctricas.

• Mayor duración del motor eléctrico frente al motor Diesel.

• La locomotora eléctrica es capaz de realizar más kilómetros que la Diesel sin la necesidad de tener que pasar por una revisión de mantenimiento.

• En el apartado ecológico es preferible la opción eléctrica debido a que es la electricidad una fuente energética más limpia que el gasoil.

Parte eléctrica de una locomotora

El equipo eléctrico de una locomotora debe de cubrir una serie de funciones:

1) Función potencia:

Tiene como objetivo el arranque y remolque del tren, el frenado y la inversión de marcha.

Todo equipo eléctrico debe tener un equipo de tracción que permita obtener una serie de características además de poder realizar el frenado reostático, de recuperación o la inversión de la marcha.

• Equipo de tracción en el caso de corriente monofásica:

Se hace variando la tensión de alimentación de los motores. Se realiza proveyendo de tomas regulables al transformador que se encarga de pasar de la tensión de la catenaria (15 ó 25 Kv) a la tensión normal de los motores de la locomotora (cientos de voltios).

• Equipo de tracción en el caso de corriente continua:

En este caso la variación de la tensión de alimentación de los motores se lleva a cabo de dos maneras:

1- Por shuntado del motor.

2- Por acoplamiento de motores.

2) Función control:

Sus objetivos son los siguientes:

• Arranque y regulación de la velocidad de la locomotora, frenar e inversión del sentido de la marcha. Se consigue todo esto por medio de contactos que se abren y cierran, dentro del circuito eléctrico de potencia, en la locomotora.

• Regulación, desde la cabina de una locomotora, de la marcha de varias locomotoras en el caso de estar acopladas entre sí.

• Conducción del tren desde la cabina del coche remolque extremo.

• Protección automatizada contra sobretensiones y sobreintensidades.

• Cubrir el apartado de la seguridad sin ningún fallo.

• Otros objetivos tales como solucionar la posibilidad de patinaje.

3) Funciones auxiliares:

Tales como ventilación, iluminación y calefacción de la locomotora, circuito de refrigeración, etc.

Los equipos eléctricos que tiene toda locomotora son:

1) El pantógrafo: es el aparato encargado de captar la corriente de línea. Su localización es el techo de la locomotora, aislado de ella mediante aisladores de porcelana. Sus partes son:

a) El bastidor: es el armazón que soporta el sistema articulado, los muelles y el pistón de aire comprimido del mecanismo de elevación del pantógrafo.

b) Sistema articulado: está constituido por una estructura tubular articulada de forma romboidal o semirromboidal.

c) Mesillas: son los elementos de captación directa de la corriente; constan de: zapata, frotadores y trocadores.

d) Mecanismo de elevación: formado por cilindro, muelles, resortes y válvulas que hacen ascender o descender las mesillas.

2) Elementos de protección: son los pararrayos, fusibles, bobina voltimétrica y amperimétrica, relé e interruptor.

3) Contactores: permiten, a voluntad del maquinista, realizar los diferentes acoplamientos entre motores.

4) Electroválvulas y servomotores:

• Las electroválvulas son un dispositivo electromecánico que por acción de un circuito electromagnético establece o interrumpe un circuito neumático que permite el funcionamiento de un contactor o de un servomotor.

• El servomotor es un dispositivo de accionamiento mecánico, provisto de un cilindro y dos (o más) electroválvulas y pistones unidos entre sí, de forma que al desplazarse éstos dentro del cilindro accionan un árbol de levas que establecerá o interrumpirá circuitos eléctricos.

5) Resistencias de arranque: se van eliminando conforme el motor adquiere la velocidad normal de giro.

6) Elementos de mando y maniobra: el regulador principal, el regulador de rodillo, el regulador de árbol de levas, el combinador de motores y la inversión de la marcha.

7) Dispositivos de seguridad:

• Dispositivo de hombre-muerto: es un dispositivo que obliga al maquinista a responder continuamente a una señal, ya que si no responde se produce el enfrenamiento automático de urgencia de la máquina y del tren.

• Sistema ASFA: sirve de ayuda al maquinista en condiciones de difícil conducción; provoca automáticamente el frenado de urgencia en caso de infracción de las normas de seguridad en circulación de trenes; disminuye el riesgo de accidente por fallo humano.

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