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TECNOLOGÍA

La catenaria: un sistema en tensión

En la imagen que el público tiene de los trenes como sistema de transporte, la catenaria es uno de los componentes más desconocidos. Explicamos su funcionamiento básico y cómo la aplicación de modernas técnicas de mantenimiento preventivo —como las que aplica la empresa leonesa Telice con su novedoso sistema SIA mediante geolocalización— pueden mejorar su rendimiento, aumentar su fiabilidad y reducir su coste.

Trabajos en la Catenaria Ferroviaria empresa Telice
Trabajos en la catenaria ferroviaria por parte de la empresa Telice. Foto: Iván Rivera.
Iván Rivera | 02/05/2019 - 19:50h.

Tradicionalmente el tren ha sido conocido por muchos nombres. El de 'camino de hierro' puede sonar un tanto pedante, aunque en francés siga llamándose así de forma literal ('chemin de fer'). Sin embargo, si aceptamos denominar al ferrocarril —nombre cuya etimología es prácticamente idéntica a la de nuestra anticuada expresión— como camino de hierro, podríamos del mismo modo hablar del 'camino de cobre' cuando hablamos de un tren electrificado.

La catenaria, ese entramado de hilos de apariencia delicada, es en realidad una línea de alta tensión muy especial. No solamente debe transportar la energía eléctrica a lo largo del trayecto del ferrocarril: también debe permitir que los trenes, mediante sus pantógrafos, se 'enchufen' a ella y extraigan la energía necesaria para su funcionamiento al mismo tiempo que se desplazan a lo largo de la vía. Si queremos pensar en un símil cotidiano, imaginemos una pista de coches de choque.

Coches de choque. Foto: Angel Aroca Escámez (CC BY-SA 4.0)
Coches de choque. Foto: Angel Aroca Escámez (CC BY-SA 4.0).

El primer elemento que llama la atención en un coche de choque es que siempre tiene un mástil en la parte trasera. Podríamos pensar que el objetivo de tal estructura es sostener una banderola o alguna decoración tradicional similar. Sin embargo, si nos fijamos en el extremo superior veremos un alambre curvado. Este alambre siempre está en contacto con el segundo elemento que debería llamar nuestra atención.

Sobre la pista y haciendo las veces de techo extraño hay una malla metálica. Si pudiéramos observar a los operarios de la pista de coches de choque montando la estructura, veríamos como esta malla está conectada a la corriente eléctrica. De hecho, a poco que nos hayamos fijado, habremos visto saltar chispas en el contacto entre el alambre de lo alto del mástil de cada coche y la malla del techo. Esto prueba que hay corriente eléctrica fluyendo a través de la estructura, alimentando un motor en cada coche.

Para ver el tercer elemento importante tendremos que fijarnos en nuestros propios pies. El suelo de la pista es metálico, y por tanto conductor de la electricidad. Suele estar cubierto, además, con una pintura especial de grafito para reducir la fricción de los coches, pero el grafito es un buen conductor. ¿Qué ocurre al reunir estos tres elementos?

El viaje de la electricidad empieza en la malla superior, que está conectada a una de las bornas del suministro. El alambre toma la corriente por contacto, y baja a través del mástil. Para evitar riesgos, el mástil está hecho de algún material aislante, como plástico, pero está hueco por dentro. Ya dentro del cuerpo del coche, la electricidad alimenta al motor. Y como todo circuito eléctrico, ha de estar cerrado por algún sitio. Esto se consigue conectando el motor al suelo conductor a través de una escobilla metálica o de las propias ruedas, si son conductoras. Y del suelo, un cable va a la otra borna del suministro.

Tranvía eléctrico en Praga. Foto: Iván Rivera
Tranvía eléctrico en Praga. Foto: Iván Rivera.

La alimentación de un tren eléctrico es, en concepto, idéntica a la de los coches de choque. Las diferencias son que hay un hilo en vez de una malla y una vía en vez de un suelo conductor, porque el tren solo se mueve hacia delante o hacia atrás a lo largo de los raíles. Todo lo demás es igual, aunque la apariencia sea diferente. Incluso las ruedas del tren son de acero, que conduce la electricidad, y los raíles también. Así es posible cerrar el circuito de la misma manera.

Pero volvamos sobre la catenaria. Se trata de una estructura singular, sujeta a requisitos de funcionamiento tanto desde el punto de vista eléctrico como mecánico. En cuanto a la electricidad, debe asegurar el suministro de la corriente necesaria para que los trenes previstos en cada trayecto sean capaces de operar sin fallos. Por lo que respecta al aspecto mecánico, es necesario garantizar que el contacto físico entre el pantógrafo del tren y el hilo de contacto se lleva a cabo con las mínimas perturbaciones. El conjunto debe resistir todas las fuerzas a la que se haya de ver sometido: ya provengan del tren o del ambiente como el viento, cambios de temperatura o formación de hielo.

La leonsa Telice, como empresa experta en el diseño, instalación y mantenimiento de catenarias, está más que preparada para responder a los retos que plantea este sistema tecnológico tanto en ferrocarriles convencionales como de alta velocidad, metros o tranvías. Sin embargo, una empresa concienciada con la innovación y la mejora continua no puede más que plantear propuestas en forma de proyectos que puedan resultar en incrementos de rendimiento, mayor seguridad en la operación o abaratamiento de los costes.

Trabajos nocturnos de instalación de una catenaria ferroviaria. Fotografía: Telice
Trabajos nocturnos de instalación de una catenaria ferroviaria. Fotografía: Telice.

El sistema europeo de mantenimiento predictivo SIA

Uno de los proyectos más ambiciosos en este sentido, con clara vocación internacional y ámbito paneuropeo —se desarrolla junto con empresas y entidades de Reino Unido, Austria o Francia, amén de varias españolas— es el denominado 'SIA'. Impulsado inicialmente por el organismo que controla la constelación Galileo de satélites de posicionamiento europeos (la Agencia Europea de Sistemas Satelitales de Navegación Global o GSA, por sus siglas en inglés), el proyecto SIA persigue definir e implementar servicios de predicción de necesidades de mantenimiento sobre los componentes del ferrocarril más sujetos a desgaste durante su operación: carriles, ruedas, pantógrafos y catenarias. Telice trabaja, naturalmente, en la interacción entre estos dos últimos.

En colaboración con otras organizaciones —de entre las que destaca el Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas de Gipuzkoa (CEIT) y los Ferrocarrils de la Generalitat de Catalunya (FGC)—, Telice aporta su experiencia para la caracterización de aquellas partes de la catenaria más susceptibles a sufrir fallos inducidos por desgastes mediante un modelo de simulación avanzado.

El desgaste de la catenaria es un área de mejoras potenciales muy fructífera, ya que en la actualidad todas las acciones de mantenimiento que se realizan son visuales y están asociadas a campañas preventivas. El riesgo concomitante de este tipo de mantenimiento es doble. Puede que el intervalo entre inspecciones no sea lo suficientemente corto; esto expone la catenaria a fallos como cortes en el hilo de contacto que dejarían la línea sin servicio durante un tiempo. A la inversa, si el intervalo es excesivamente corto, el gasto en mantenimiento es mayor del debido y no se obtendría con ello ninguna ventaja.

El desarrollo de técnicas de mantenimiento predictivo aplicadas a la catenaria tiene el potencial de ofrecernos trenes más eficientes. El número de incidencias que afecten a la calidad de servicio puede reducirse. Y, finalmente, el coste de operación de la línea puede ajustarse. En definitiva, se fomentará que el tren preste un servicio de más calidad a la sociedad en su conjunto. Todo ello gracias al conocimiento experto de las condiciones de diseño y funcionamiento de la catenaria ferroviaria.

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Nota: El proyecto SIA ha recibido financiación del programa Horizonte 2020 para la investigación y el desarrollo de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención número 776402.

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