Ejes de ferrocarril de ancho variable

Anteriormente he escrito sobre las fronteras de ancho: separaciones físicas donde la distancia entre carriles en las vías de tren cambia bruscamente. Los trenes convencionales tienen ejes rígidos, con la distancia entre ruedas fijada, y por lo tanto no pueden pasar de un ancho de vía a otro sin descarrilar.

Eje de ancho fijo

Para salvar estos cambios de ancho se han utilizado varias soluciones: realizar un transbordo de mercancía o pasajeros de un tren a otro, cambiar los ejes del ferrocarril, cambiar los bogies completos, utilizar infraestructura con 3 o 4 carriles, y la solución más moderna y efectiva: utilizar bogies de rodadura desplazable, que incorporan ejes de ancho variable con capacidad de cambio de ancho automático. Estos ejes tienen la capacidad de variar la distancia entre ruedas de manera discreta, para adaptarse a diferentes anchos de vía predefinidos de manera automática y sin detener la marcha.

Historia de los ejes de ancho variable

El sistema precursor de la rodadura desplazable fue patentado en 1863 para salvar el distinto ancho entre vías estadounidenses y canadienses en la zona del lago Ontario y el río Niágara. Era un sistema telescópico que necesitaba de obreros para el desenclavamiento de las ruedas, y cambiaba la distancia entre ruedas forzando el sistema en carga con el vehículo parado [1]. Este sistema no funcionó tan bien como se prometía, lo que llevó a su cancelación y a la adopción del ancho internacional para todo Canadá.

El siguiente uso histórico de ejes de rodadura desplazable lo encontramos en Gran Bretaña, entre las ciudades de Leeds (1435mm) y Bradford (1220mm). Gracias a una patente de 1906 actualizada en 1909 [2,3] se consiguió hacer efectivo el tráfico de tranvías entre ambas ciudades, que disponían de líneas de ferrocarril con diferentes anchos.

Tranvía eléctrico en Leeds, 1901

A pesar de estas aplicaciones pioneras, el concepto moderno de eje de ancho variable no aparece hasta 1968, en España. El sistema RD de Talgo [4] se comenzó a utilizar en las estaciones de Portbou (Girona) e Irun (Gipuzkoa), para pasar de ancho ibérico (1668 mm) al ancho estándar de Francia (1435 mm). Este sistema no disponía de tracción integrada por lo que era necesario un cambio de locomotora al pasar por el mecanismo de cambio de ancho. Este sistema sigue en funcionamiento en la actualidad, con ligeras modificaciones para optimizar la maniobra de cambio de ancho y aumentar su seguridad.

En Japón se inició en 1994 un proyecto de ejes de ancho variable para circular por vías de ancho convencional (Shinkansen) a 300km/h y por vías estrechas (1067mm) a bajas velocidades [5,6,7,8,9]. El sistema posee tracción integrada en cada rueda. El primer vehículo experimental alcanzó los 246km/h, 600.000km y 2.000 ciclos de cambio de ancho. El segundo vehículo experimental, finalizado en 2006, continúa en estado de pruebas, con una limitación de velocidad a 270km/h por vías Shinkansen. El mayor problema al que se enfrentan los diseñadores de este eje es la gran distancia que es necesario desplazar las ruedas, unos 200mm aproximadamente cada una de ellas. Los mecanismos necesarios para dicho ancho ocupan una gran parte del eje, reduciendo la rigidez estructural y el espacio para elementos auxiliares como frenos o componentes de la suspensión.

Vehículo experimental de ancho variable de Japón, 2012

Desde diciembre de 2003 se instauraron bogies de ancho variable SUW 2000 del fabricante polaco ‘ZNTK Poznan’ en la línea Cracovia-Kiev entre Polonia (ancho internacional) y Ucrania (1520mm), tanto para pasajeros como para mercancías. También se han realizado pruebas en el trayecto Varsovia – Vilna (Estonia, 1520mm). Al no poseer tracción integrada, se realiza un cambio de locomotora durante el cambio de ancho [10,11]. Anteriormente se utilizaba la técnica del cambio de bogies para este mismo trayecto. En la actualidad, el servicio de viajeros se encuentra cancelado.

Entre Suecia (ancho internacional) y Finlandia (1520mm), desde 2005 existe transporte de mercancías a través de una frontera de ancho. El gestor de infraestructuras sueco, Banverket (actualmente integrado en Trafikverket), desechó el uso del modelo RD y optó por el sistema alemán Rafil [12]. El sistema no posee tracción integrada, por lo que es necesario el cambio de locomotora. Además, las condiciones extremas que debe soportar durante el invierno provocan el fallo del sistema.

Guerra de sistemas nacionales

En el caso concreto de la Península Ibérica, desde 1992 el nuevo plan de ferrocarriles español comenzó la construcción de vías de alta velocidad con ancho estándar. Por lo tanto, el material rodante capaz de circular por ambos tipos de vía era necesario no sólo para realizar trayectos internacionales, sino también para optimizar el uso conjunto de las nuevas infraestructuras de alta velocidad y de la antigua red de ancho ibérico. Todos los sistemas comerciales existentes hasta la fecha poseen un inconveniente: la necesidad de cambiar de locomotora, maniobra que puede llevar más de 30 minutos. Si lo cambios de ancho dentro de la península se iban a realizar de manera habitual, una locomotora que pudiera cambiar de ancho marcaría la diferencia. Otra opción sería el desarrollo de un eje motor con capacidad de cambio de ancho. Los dos principales fabricantes nacionales, Talgo y CAF, se lanzaron en una carrera por inventar un vehículo de ancho variable con tracción integrada.

Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF) patenta el bogie BRAVA (Bogie de Rodadura de Ancho Variable Autopropulsado) en 1999. El primer prototipo comienza su circulación en 2000 e inicia su servicio comercial con vehículos TRD (Tren Regional Diesel) ya existentes en la flota de RENFE. En 2001, CAF gana una adjudicación de RENFE para 12 trenes que realicen el trayecto de alta velocidad Madrid-Zaragoza-Barcelona y vías acopladas de Ancho Ibérico. Comienzan su servicio comercial en mayo de 2006 entre Madrid y Barcelona bajo la denominación Alvia (serie 120 de RENFE, siendo el primer vehículo de alta velocidad con rodadura de ancho desplazable, con una velocidad comercial de 250km/h y velocidad máxima en pruebas de 291km/h en vías de ancho estándar y hasta 220km/h en ancho ibérico [13,14].

Alvia, serie 120

A diferencia de los sistemas anteriores, el bogie BRAVA posee tracción integrada: un eje posee capacidad tractora, el segundo es un eje portante con capacidad de frenado . Esto permite el cambio de ancho en pocos segundos y a baja velocidad sin necesidad de cambiar la cabeza tractora, lo que supone una ventaja frente a los 20-30 minutos que supone un cambio de locomotora o la incomodidad de realizar transbordos. Éste vehículo se introdujo antes de la finalización de las obras de la línea de AV Madrid-Zaragoza-Barcelona, lo que para RENFE supuso rentabilización de la inversión desde el primer instante, haciendo uso de las vías de alta velocidad en los trazados que estaba finalizada y del ancho ibérico en las zonas que continuaba en construcción.

Talgo, histórico líder ferroviario de la Península Ibérica, también realiza renovaciones de sus sistemas y desarrolla junto a Bombardier una locomotora que permita cambiar de ancho, para evitar así el cambio de locomotoras. En noviembre de 2007 entra en circulación la serie 130 de RENFE, vehículos con el sistema RD y locomotora de rodadura de ancho variable, también bajo la denominación Alvia. Sin embargo, por diversos problemas con las unidades, no se autoriza su circulación a más de 200km/h hasta junio de 2009, por lo que es a partir de esta fecha que se puede considerar un vehículo de alta velocidad de rodadura desplazable. Estas unidades poseen la misma velocidad comercial para alta velocidad que la serie 120 (250km/h).

Alvia, serie 130

En la actualidad es posible realizar diferentes trayectos en España con trenes de ancho variable. Ordenados según su fecha de puesta en servicio:

  • Madrid – Logroño
  • Madrid – Pamplona
  • Madrid – Irun – Hendaia (Francia)
  • Barcelona – Vigo
  • Barcelona – Bilbao
  • Barcelona – Irún
  • Madrid – Huelva
  • Madrid – Cádiz

En todos estos trayectos el vehículo circula por una estación de cambio de ancho a baja velocidad. Los pasajeros prácticamente no se dan cuenta del cambio de ancho, salvo por el hecho de que entran en una zona cubierta y salen a los pocos metros. Para una entrada posterior me reservo la explicación de cómo son capaces de cambiar de ancho sin parar la marcha, y las distintas generaciones de cambiadores de ancho.

Referencias

[1] J.H. White Jr., The American Railroad Freight Car: From the Wood Car Era to the Coming of Steel, Baltimore: John Hopkins Univ. Press, 1993.
[2] C.J. Spencer and J.W. Dawson, “Improvements in and relating to Means for Automatically Changing the Gauge of Wheels of Tramway, Railway, and the like Vehicles,” 1906.
[3] C.J. Spencer and J.W. Dawson, “Improved Means for Locking Wheels in Position of Varying Gauges of Tramway and like Rails,” 1909.
[4] J.L. Gomez and J.L. Aisa, “Talgo automatic gauge change system for freight wagons,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 215, 2001, pp. 13-24.
[5] K. Takao and K. Uruga, “Gauge change EMU train outline,” Quarterly Report of RTRI (Railway Technical Research Institute) (Japan), vol. 44, 2003, pp. 103-108.
[6] N. Tokuda, I. Okamoto, T. Fujita, E. Sato, H. Nakamura, T. Toyooka, M. Ishige, and N. Watanabe, “Development of gauge change bogies,” Quarterly Report of RTRI (Railway Technical Research Institute) (Japan), vol. 44, 2003, pp. 109-113.
[7] K. Oda, S. Ohtsuyama, H. Kobayashi, I. Kawano, and Y. Mimura, “Developing a gauge-changing EMU,” Quarterly Report of RTRI (Railway Technical Research Institute) (Japan), vol. 44, 2003, pp. 99-102.
[8] K. Takao and K. Uruga, “Development of the gauge change EMU train system in Japan BT,” Tenth International Conference on Urban Transport and the Environment in the 21st Century, URBAN TRANSPORT X, Technical Development Department, Technol. Res. Assoc. Gauge C.T., Japan: WITPress, 2004, pp. 521-530.
[9] N. Tokuda and M. Ishige, “Structure of an Independent-wheel-system Bogie with a DDM and its Performance at High Speed,” Quarterly Report of RTRI (Railway Technical Research Institute) (Japan), vol. 49, 2008, pp. 199-202.
[10] P. Waryn, Experience and results of operation the SUW 2000 system in traffic corridors, PKP Intercity, 2005.
[11] P. Telicka, “Rail Baltica Annual Activity Report,” 2006, p. 9.
[12] L. Josefsson, Automatic track gauge technique, Banverket, 2007.
[13] G. Insausti, N.A. Moliner, H. Sobejano, E. Auzmendi, and J.G. Giménez, “A Solution for a Powered Wheelset with Automatic Change of Gauge for Speeds Over 220km/h,” 13th International Wheelset Congress, Rome: 2001.
[14] G. Insausti, N.A. Moliner, H. Sobejano, E. Auzmendi, and J.G. Giménez, “BRAVA a Bogie Solution for Automatic Change of Gauge and High Speed,” Eurailspeed, Madrid (Spain): 2002.

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Un comentario en “Ejes de ferrocarril de ancho variable

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