La electrificación de los ferrocarriles

La semana pasada en Encarrilando te hablamos sobre cómo se mueve un tren eléctrico, aquellos que usan la electricidad como energía para desplazarse pero que no la generan en el propio vehículo, como los trenes diésel-eléctricos. Esto implica que la generación se hace en un lugar externo, generalmente a muchos kilómetros de la posición del tren. Es precisamente para que la corriente llegue hasta su punto de consumo que existen los sistemas de electrificación.

Los dos tipos de electrificación

Desde tiempos remotos existen dos sistemas distintos para cometer esta tarea, con sus ventajas y desventajas.

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Cable aéreo

Es la forma de electrificación más común de todas, debido a su versatilidad, seguridad y pocas limitaciones. Usado también por los trolebuses, el cable aéreo se encuentra a una altura casi permanente sobre los carriles. Para ello, es necesario el empleo de soportes de sustentación, tales como los postes o anclajes a paredes o túneles.

Aunque dentro de la electrificación por cable aéreo se distinguen tres modalidades, todas comparten la existencia de un hilo de contacto de cobre que es frotado por algún dispositivo que lleva el tren, como el pantógrafo (el más usado) y los desfasados trole, liga, etc. El circuito se completa con los carriles, que también son conductores; inofensivos si no se toca carril y catenaria a la vez.

Hilo tranviario

Sin lugar a dudas es la modalidad más simple ya que el hilo de contacto está directamente unido a la ménsula (parte del soporte de sustentación dedicada a este fin). Pero el ser la más simple hace que también sea la más limitada, ya que al no tener mucha rigidez no permite grandes velocidades.

Su uso está generalmente limitado al tranvía y a líneas de metro, aunque en el mundo hay ferrocarriles de bajas prestaciones que lo emplean.

Ejemplo de hilo tranviario en Berlín. Foto: Sludge G.

Catenaria flexible o tradicional

En este caso, el hilo de contacto pende de una catenaria que está sujeta por las ménsulas de dos sujeciones, de tal manera que el sistema tenga una mayor rigidez y permita mayores velocidades. Aunque la catenaria está curvada debido a su propio peso (como se puede comprobar en la siguiente foto), el hilo se mantiene paralelo en altura a los raíles ya que sus uniones físicas (péndolas) tienen la longitud correcta en cada punto de la curva.

Catenaria flexible de un ferrocarril de Baambrugge, Holanda. Foto: Generaal Gibson.
Catenaria flexible de un ferrocarril de Baambrugge, Holanda. Foto: Generaal Gibson.

Por otro lado, la catenaria flexible permite la instalación de contrapesos en el poste que dotan a la estructura de una mayor rigidez. Adicionalmente, posibilita que se use dos hilos en lugar de uno (generalmente en líneas principales) lo que mejora la conductividad.

Otra de las ventajas frente al hilo tranviario es que el empleo de la catenaria facilita que haya una mayor distancia ente postes. Por todo esto, es el sistema de electrificación más extendido en el ferrocarril.

Catenaria rígida

En este último caso, el hilo de contacto está empotrado en un carril de aluminio, por lo que mantiene una gran rigidez y su coste de fabricación, instalación y mantenimiento es mucho menor que el de la catenaria flexible.

Sin embargo, la rígida posee un peso mucho mayor por lo que requiere de un menor espacio entre puntos de sujeción. Esto limita su uso a tramos en túnel, aunque es posible usarlo en exteriores pero, por supuesto, con un abusivo número de postes.

El túnel ferroviario Atocha-Sol-Chamartín usa catenaria rígida. Foto: IngolfBLN.
El túnel ferroviario Atocha-Sol-Chamartín usa catenaria rígida. Foto: IngolfBLN.

Suele ser empleada en redes de metro, que la instalan en los nuevos tramos o bien como reemplazo de los otros sistemas de electrificación aunque su uso en ferrocarriles de todo tipo es también bastante extendido.

Tercer carril

Es un sistema que transmite una de las polaridades de la energía eléctrica mediante un carril adicional que suele tener éste como fin exclusivo y que es frotado por el tren mediante un patín. Al igual que la electrificación por hilo aéreo, el circuito se cierra con las propias vías. Esto genera uno de los mayores inconvenientes del tercer carril, ya que en caso de que alguien se caiga a la vía es muy fácil que haga contacto entre los conductores y sufra una electrocución.

Principalmente empleado en redes de metro, en el sur de Inglaterra se utiliza para la red general ferroviaria. Es un caso aislado, ya que debido al rozamiento entre el patín y el carril no permite grandes velocidades. Sin embargo, su instalación y mantenimiento es más barato que la catenaria flexible.

Existen muchos diseños de tercer carril, aunque el funcionamiento es similar en todos.

El metro de Londres usa un tercer carril central y una barra lateral como sistema de electrificación. Foto: Nana B Agyei.
El metro de Londres usa un tercer carril central y una barra lateral como sistema de electrificación. Foto: Nana B Agyei.
En la línea 4 del metro de Santiago de Chile se emplea un tercer carril lateral, el diseño más extendido. Foto: Miguel Bustos.
En la línea 4 del metro de Santiago de Chile se emplea un tercer carril lateral, el diseño más extendido. Foto: Miguel Bustos.
En la red ferroviaria del sur de Inglaterra, el tercer carril es lateral. En el primer bogie de este tren de la serie 313 se puede observar el patín que, en este caso, va al aire. Foto: Matt Buck
En la red ferroviaria del sur de Inglaterra, el tercer carril es lateral. En el primer bogie de este tren de la serie 313 se puede observar el patín que, en este caso, va al aire. Foto: Matt Buck

 

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