ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA … · simulado diferentes escenarios posteriormente se...

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERÍA EN ORGANIZACIÓN INDUSTRIAL

PROYECTO FIN DE CARRERA

ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA REGENERADA POR LOS

TRENES

Autor: DIEGO LÓPEZ DURÁN

MADRID, Junio de 2010

Autorizada la entrega del proyecto:

Estudio del aprovechamiento de la Energía

Regenerada por los Trenes

Realizado por:

Diego López Durán

Vº Bº del Director del Proyecto:

Firmado: Alberto García Álvarez

Fecha: ……/…………/……

Vº Bº de la Coordinadora de Proyectos:

Firmado: Susana Ortiz Marcos

Fecha: ……/…………/……

AGRADECIMIENTOS

A mis padres, por todo su apoyo y su cariño incondicional, porque sin

ellos no habría sido posible ni este proyecto ni ningún otro.

A Dani y Merche, por haber compartido conmigo estos años. Hemos

crecido juntos y no podría imaginar unos hermanos mejores.

A Charo, por su comprensión y su paciencia en etapas difíciles, por sus

ánimos, sus detalles y todos esos momentos mágicos que hemos pasado

juntos.

A mis abuelos, por su eterna ilusión y confianza.

A Jaime, Lorenzo, Fran, Alberto, Pablo y Víctor, mis amigos del BC de

toda la vida, que siempre han estado y estarán ahí.

A Elena, Cris, Lucía, Bea, Mery, Pablo, Queipo, Pinedo y Chema por los

ratos que pasamos en Teleco y por los de después.

A Garnacho, Madri, Jaramas, Javi, Water y el resto de compañeros y

amigos del ICAI, por esas risas que nos hemos echado mañana, tarde y noche

en la Uni.

A Alberto García Álvarez, mi director de proyecto, por haberme

brindado la oportunidad de realizar este proyecto tan apasionante y por toda

la ayuda y confianza que me ha prestado.

A los profesores del ICAI por su esfuerzo y dedicación.

Al personal de Ineco-Tifsa y al de la Fundación de Los Ferrocarriles

Españoles por las facilidades y el buen trato que me han dado y por

permitirme usar su simulador de trenes para la elaboración del caso práctico.

A los que he perdido en el camino y a aquellos que seguro que me

olvido.

Muchas gracias a todos.

ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA REGENERADA POR

LOS TRENES

Autor: López Durán, Diego.

Directores: García Álvarez, Alberto

Entidad Colaboradora: ICAI - Universidad Pontificia Comillas.

RESUMEN DEL PROYECTO

Los trenes de tracción eléctrica son capaces de comportarse como generadores

durante el proceso de frenado, transformando parte de la energía cinética y

potencial que poseen en energía eléctrica.

Una vez que se genera, esta energía puede emplearse para alimentar los

servicios auxiliares del propio tren, abastecer a otros elementos del sistema

ferroviario como trenes, balizas, semáforos o talleres. También podría ser

acumulada de manera puntual e incluso ser devuelta a la red pública.

El proyecto está dividido en dos grandes bloques. En la primera parte se

presenta el estado del arte, que engloba el estudio del proceso de recuperación

de energía durante el frenado, los diferentes modos de aprovechamiento de esa

energía resultante, qué elementos intervienen en el proceso y de qué manera,

cuál es el nivel de implantación en España y en otros países y qué cambios hay

que efectuar en la infraestructura para optimizar el aprovechamiento de la

energía regenerada.

La segunda parte del proyecto consiste en un caso práctico en el que se han

simulado diferentes escenarios posteriormente se han analizado los resultados

poder extraer conclusiones a cerca de los parámetros que influyen en el

potencial de recuperación de energía de una línea de ferrocarril.

Este caso práctico se divide a su vez en dos partes. En la primera se analizan

seis modelos con diferentes inclinaciones y número de paradas para comprobar

de qué manera afectan estas características al comportamiento y capacidad

regenerativa de los trenes y en la segunda se estudia en detalle qué sucede en

una línea de ferrocarril real durante de un año, en la que se tienen trenes

circulando con distintos horarios y realizando diferentes paradas, con el objetivo

de determinar de qué manera afecta el nivel de explotación al porcentaje de

energía recuperable y qué tipo de sistemas son más indicados para incorporar la

tecnología por presentar un mayor potencial de mejora de eficiencia.

STUDY ABOUT USES OF TRAIN REGENERATED ENERGY

Author: López Durán, Diego.

Supervisor: García Álvarez, Alberto

Participating Institution: ICAI - Universidad Pontificia Comillas.

ABSTRACT

Electric traction units can behave as generators during brake, transforming part

of the kinetic and potential energy into electrical energy. Once generated, this

energy could be used for auxiliary services supplying or other elements of the

rail system such as trains, beacons, traffic lights or repair shops. It may also be

accumulated during a short period of time or even be returned to the public

main.

The project is divided into two blocks. The first part represents a general

description which includes: the study of the energy recovering while braking,

several ways of make use of this energy produced, which elements are part of

the process and how they act and what is the situation in Spain and abroad.

Changes in the infrastructure to optimize the use of the regenerated energy will

be object of this part too.

The second part of the project consists of a study case with different scenarios.

After being simulated they were analyzed to obtain conclusions about the type

of parameters that affects to the railway line energy recovery potential.

This research is divided into two parts. In the first one six models with different

values of slope angle and quantity of train stops are analyzed to find out how

these features have an effect on train deportment and its regenerative

capacity. The second one has been carried on to know what happens in a real

high speed railway in the course of a year, taking into account two different

traffic scenarios, in order to determine if the operating level have an influence

over the percentage of recuperated energy and what type of systems are more

suitable for incorporating this improving efficiency technology.

Pág.

Capítulo I Memoria…………………… 13

Capítulo II Caso Práctico…………… 74

Capítulo III Conclusiones…………… 112

Capítulo IV Bibliografía……………… 116

Capítulo V Anexos……………………… 120

ÍNDICE 2

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERO EN ORGANIZACIÓN INDUSTRIAL

ÍNDICE GENERAL Página

Capítulo 1. MEMORIA........................................................... 13

1 OBJETO DEL PROYECTO.............................................................. 14

1.1 Descripción general y objetivos............................................... 14

1.2 Metodología de trabajo......................................................... 15

1.3 Planificación temporal de actividades....................................... 16

2 ESTADO DEL ARTE..................................................................... 19

2.1 Situación en España............................................................. 19

2.1.1 Cuantificación ............................................................. 22

2.1.2 Disposiciones legales ..................................................... 22

2.2 Situación en el resto del Mundo .............................................. 23

3 LOS SISTEMAS DE TRACCIÓN FERROVIARIA ........................................ 25

3.1 La electrificación................................................................ 25

3.1.1 Sistemas de alimentación ............................................... 27

3.2 Subestaciones de tracción ..................................................... 29

3.2.1 Subestaciones de corriente continua .................................. 30

3.2.2 Subestaciones de corriente alterna .................................... 32

3.3 Catenaria ......................................................................... 33

3.4 Motores de tracción............................................................. 38

3.4.1 Motores de corriente continua.......................................... 39

3.4.2 Motores de corriente alterna ........................................... 40

ÍNDICE 3



3.5 Sistemas de frenado ............................................................ 41

3.5.1 El freno eléctrico ......................................................... 42

3.5.1.1 Utilización del freno eléctrico ............................... 43

3.5.1.2 Ventajas del freno eléctrico.................................. 43

3.5.1.3 Freno eléctrico con electrónica de potencia............... 45

3.5.2 El freno neumático ....................................................... 45

4 EL PROCESO DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA ..................................... 47

4.1.1 Frenado regenerativo .................................................... 47

4.1.2 Electrónica de potencia.................................................. 49

4.1.3 Inversores .................................................................. 49

5 ALTERNATIVAS AL USO DE LA ENERGÍA REGENERADA ........................... 52

5.1 Introducción...................................................................... 52

5.2 Estados o situaciones posibles................................................. 52

5.2.1 El motor del tren actúa como receptor ............................... 52

5.2.2 El motor del tren actúa como generador ............................. 53

5.2.2.1 Se destina a los Servicios auxiliares ......................... 55

5.2.2.2 Es absorbida por otros elementos del sistema............. 55

5.2.2.3 Se devuelve a la Red de alimentación de la

Compañía. ....................................................... 55

5.2.2.4 Se acumula ...................................................... 56

5.2.2.5 Se acumula y se devuelve a la Red. ......................... 56

ÍNDICE 4



5.3 Acumuladores .................................................................... 57

5.3.1 Acumuladores embarcados .............................................. 58

5.3.1.1 Supercondensadores ........................................... 60

5.3.1.2 Baterías .......................................................... 63

5.3.2 Acumuladores en tierra .................................................. 64

5.3.2.1 Volantes de inercia............................................. 66

5.4 Devolución a la red ............................................................. 69

5.4.1 Subestaciones de corriente alterna .................................... 70

5.4.2 Subestaciones de corriente continua .................................. 70

Capítulo 2. CASO PRÁCTICO .................................................. 72

1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS........................................................ 73

1.1 Ecuación del movimiento del tren............................................ 74

2 MODELOS TEÓRICOS .................................................................. 77

2.1 Modelo 1 .......................................................................... 77

2.2 Modelo 2 .......................................................................... 79

2.3 Modelo 3 .......................................................................... 81

2.4 Modelo 4 .......................................................................... 83

2.5 Modelo 5 .......................................................................... 85

2.6 Modelo 6 .......................................................................... 87

3 SIMULACIÓN DE UN SISTEMA REAL.................................................. 89

3.1 Descripción del escenario...................................................... 89

ÍNDICE 5



3.1.1 Perfil geométrico ......................................................... 89

3.1.1.1 Pendientes, y curvas ........................................... 89

3.1.1.2 Estaciones........................................................ 90

3.1.1.3 Configuración de paradas ..................................... 91

3.1.2 Perfil eléctrico ............................................................ 91

3.1.2.1 Catenaria ........................................................ 92

3.1.2.2 Subestaciones y Centros de Autotransformación ......... 92

3.1.3 Material móvil ............................................................. 93

3.1.4 Matriz de impedancias ................................................... 97

3.2 Escenarios simulados ......................................................... 100

3.2.1 Escenario 1............................................................... 100

3.2.1.1 Descripción del escenario ................................... 100

3.2.1.2 Resultados obtenidos ........................................ 100

3.2.2 Escenario 2............................................................... 103

3.2.2.1 Descripción del escenario ................................... 103

3.2.2.2 Resultados obtenidos ........................................ 103

3.3 Aprovechamiento en función de la tecnología disponible. ............. 106

3.3.1 El material móvil no incorpora freno regenerativo................ 106

3.3.2 Existe freno regenerativo, pero no subestaciones reversibles... 107

3.3.3 Existe freno regenerativo y es posible la devolución de

energía a la red ......................................................... 107

3.3.4 El sistema cuenta con dispositivos de acumulación, frenado

regenerativo y permite la devolución de energía a la red. ...... 107

ÍNDICE 6



Capítulo 3. CONCLUSIONES ..................................................109

1 CONCLUSIONES ...................................................................... 110

1.1 Conclusiones en relación a la Memoria Descriptiva...................... 110

1.2 Conclusiones en relación al Caso Práctico ................................ 111

Capítulo 4. BIBLIOGRAFÍA....................................................113

Capítulo 5. ANEXOS ...........................................................117

1 DATOS EMPLEADOS EN EL CASO PRÁCTICO...................................... 118

1.1 Datos geométricos ............................................................ 118

1.1.1 Perfil 118

1.1.2 Planta 122

ÍNDICE 7



ÍNDICE DE TABLAS Página

Tabla 1: Flujos de Energía por tipos de Ferrocarril.

Fuente [GARC08] ............................................................... 21

Tabla 2: Tensiones Nominales de alimentación.

Fuente: Elaboración Propia................................................... 33

Tabla 3: Resumen de fuerzas longitudinales que actúan sobre el tren.

Fuente [GARC10] ............................................................... 76

Tabla 4: Situación de las estaciones.


Tabla 5: Conductores de la Línea Aérea de Contacto.


Tabla 6: Situación de las Subestaciones.


Tabla 7: Matriz de impedancias reducida.


Tabla 8: Equivalente de Thevenin.


Tabla 9: Escenario 1. Balance energético global.

Fuente: Elaboración Propia................................................. 101

Tabla 10: Escenario 1. Consumos individuales de cada tren.


Tabla 11: Escenario 2. Balance energético global.


ÍNDICE 8



Tabla 12: Escenario 2. Consumos individuales de cada tren.


ÍNDICE 9



ÍNDICE DE FIGURAS Página

Figura 1: Flujos de energía en el ferrocarril español en un año tipo.

Fuente [GARC08] ............................................................... 20

Figura 2: Red de Ferrocarriles en España.

Fuente [PEIT05] ................................................................ 22

Figura 3: Esquema básico de electrificación ferroviaria.

Fuente [CONR03] ............................................................... 25

Figura 4: Esquema básico de electrificación ferroviaria.

Fuente [CONR03] ............................................................... 27

Figura 5: Subestación de tracción ...................................................... 29

Figura 6: Esquema de Subestación de Corriente Continua.

Fuente [CENT08] ............................................................... 31

Figura 7: Esquema eléctrico de rectificador de tracción.

Fuente [FRAI03] ................................................................ 32

Figura 8: Catenaria convencional ...................................................... 34

Figura 9: Elementos de la catenaria ................................................... 36

Figura 10: Pantógrafo .................................................................... 38

Figura 11: Motor de corriente continua.

Fuente: [HERN10] .............................................................. 39

Figura 12: Motor asíncrono de una locomotora RENFE serie 252.

Fuente: Renfe................................................................... 40

Figura 14: Curva Par-Velocidad.

Fuente [HERN10] ............................................................... 41

ÍNDICE 10



Figura 15: Tipos de Freno.

Fuente [MELI04] ................................................................ 46

Figura 16: Esquema eléctrico de una locomotora alimentada en Corriente

Continua.

Fuente: [ESTR06]............................................................... 50

Figura 17: Esquema eléctrico de una locomotora alimentada en Corriente

Alterna.

Fuente: [ESTR06]............................................................... 51

Figura 18: Diagrama de Flujo del proceso de Frenado Regenerativo.


Figura 19: Proceso de acumulación de energía embarcada.

Fuente: CAF ..................................................................... 59

Figura 20: Ultracondensador de explotación industrial.

Fuente: Alstom ................................................................. 61

Figura 21: Esquema básico de ultracondensadores en un tren.

Fuente: [LAFO10] .............................................................. 62

Figura 22: Esquema eléctrico de conexión de ultracondensadores.

Fuente: [LAFO10] .............................................................. 62

Figura 23: Ultracondensador embarcado en tren.

Fuente: Alstom ................................................................. 62

Figura 24: Baterías y aparamenta.

Fuente: Alstom ................................................................. 63

Figura 25: Representación de acumulador embarcado.

Fuente: CAF ..................................................................... 64

Figura 26: Esquema eléctrico de acumulación en tierra.

Fuente [LAFO10] ............................................................... 65

ÍNDICE 11



Figura 27: Componentes del volante de inercia.

Fuente [LAFO10] ............................................................... 67

Figura 28: Localización del volante de inercia en la Subestación.

Fuente [LAFO10] ............................................................... 68

Figura 29: Proceso de devolución de energía a la red.

Fuente: CAF ..................................................................... 69

Figura 30: Esquema Subestación de Corriente Continua con Inversor.


Figura 31: Modelo 1. Esquema de Perfil.


Figura 32: Modelo 1. Diagrama de Potencias.


Figura 33: Modelo 2. Esquema de perfil.














ÍNDICE 12









Figura 43: Perfil geométrico.


Figura 44: Estaciones.


Figura 45: Diagrama Esfuerzo- Velocidad.

Fuente: Talgo ................................................................... 95

Figura 46: Diagrama Corriente- Velocidad.

Fuente: Talgo ................................................................... 95

Figura 47: Diagrama Aceleración- Velocidad.

Fuente: Talgo ................................................................... 96

CAPÍTULO 1. MEMORIA

MEMORIA 14



1 OBJETO DEL PROYECTO

El presente proyecto se desarrolla en el marco de los entornos ferroviarios, y

tiene como objetivo principal estudiar y analizar el proceso de recuperación de

energía durante el frenado así como los diferentes modos de aprovechamiento

de esa energía resultante, valorando distintas posibilidades como su

acumulación temporal o la posibilidad de que sea devuelta a la red eléctrica.

1.1 Descripción general y objetivos

Actualmente, se están empleando gran cantidad de recursos para evaluar y

mejorar la eficiencia de los medios de transporte, puesto que esto se traduce en

una reducción de consumo energético y por ende de emisiones.

Una de las posibles medidas para mejorar esta eficiencia es la utilización del

frenado regenerativo, esto es, un sistema capaz de producir energía eléctrica

durante los procesos de frenado, a partir de la energía cinética que el tren ha

adquirido previamente. Para ello es necesario que el sistema incorpore la

tecnología necesaria que permita reciclar esa energía de frenado que de otro

modo podría desaprovecharse.

Ahora bien, ¿Qué hacemos con esa energía una vez que se ha generado?

En el caso de los trenes eléctricos, el hecho de que estén conectados en todo

momento a una catenaria y por ende a la Red Eléctrica permite diversas

soluciones a la hora de abordar éste problema, ya que la energía generada

puede ser almacenada para un uso futuro, en un banco de supercondensadores o

baterías, también puede emplearse para alimentar a otros elementos del

sistema ferroviario (otros trenes, balizas, semáforos, etc.) e incluso podría ser

devuelta a la red de abastecimiento para ser aprovechada por otros

consumidores. En cualquier caso, la implantación de equipos de recuperación y

MEMORIA 15



aprovechamiento podría traducirse en un menor consumo de energía y en la

reducción de la potencia instalada en las subestaciones de tracción.

Se trata de un proyecto innovador, ya que a día de hoy la devolución a la red

pública de la energía eléctrica regenerada por los trenes en el frenado solo se

realiza en una pequeña parte del total de líneas ferroviarias existentes, debido

a que la tecnología necesaria se esta desarrollando en la actualidad y a que es

conveniente analizar también para cada caso los costes derivados que supondría

su instalación, gestión y mantenimiento.

El proyecto se centrará por tanto en el estudio de todos los elementos del

entorno ferroviario que pueden verse afectados por la tecnología de

recuperación, centrándose fundamentalmente en aquellos que se van a

incorporar y que tendrán unas características concretas dependiendo del tipo de

línea en el que se vayan a instalar.

Además, se incluye también un caso práctico, en el que se han simulado

escenarios con diferentes perfiles, número de paradas y niveles de explotación,

que pretende arrojar algo de luz acerca del tipo sistemas más propicios para la

implantación de ésta tecnología.

1.2 Metodología de trabajo

La realización del proyecto comenzó con un amplio y profundo estudio del

estado del arte, en documentos y revistas científicas específicas de tecnología

ferroviaria, así como las disposiciones legales existentes, fundamentalmente Ley

del Sector Ferroviario 39/2003 de 17 de noviembre [FOME03], con objeto de

conocer los litigios concretos que afecten al proyecto, como pueden ser los

detalles de comercialización de la energía regenerada.

MEMORIA 16



Para conseguir determinar qué tipos de ferrocarril y potencias instaladas son

más rentables económicamente y por tanto más propicias para la implantación

del sistema de frenado regenerativo, se utilizarán tablas y gráficos de Excel.

La familiarización con el funcionamiento del frenado regenerativo, dispositivos

de acumulación de energía, elementos inversores, precios de venta de la

energía, potencias y consumos ferroviarios y otros conocimientos necesarios

para la comprensión en profundidad de la materia y posterior desarrollo del

proyecto se obtendrá mediante la búsqueda de información en Internet, en

bibliografía y en apuntes de la asignatura de Economía del Transporte.

Para la búsqueda de información sobre características de equipos reales tales

como acumuladores de energía, conversores y otros elementos necesarios para

el aprovechamiento de la energía generada por los distintos tipos de ferrocarril

(corriente alterna y continua a diferentes tensiones) se recurrirá a Internet, a

bibliografía y, también será necesario contactar con fabricantes y distribuidores.

Para conocer la potencia demandada por los trenes, así como su velocidad y

tensión en catenaria al recorrer un perfil de tracción terminado, se utilizarán los

resultados de la salida de un programa de simulación de escenarios ferroviarios

de reconocida eficacia.

1.3 Planificación temporal de actividades

Las tareas a realizar y los plazos estimados serán los siguientes:

1. Búsqueda de información. Se procederá a la recopilación de cualquier

tipo de información relevante para el proyecto. Archivando fuentes para

facilitar la labor de redacción de la memoria y bibliografía.

2. Definición de objetivos. Deberán definirse claramente los objetivos del

proyecto y los medios y metodología necesaria para conseguir alcanzar

esos objetivos.

MEMORIA 17



3. Análisis de la situación actual. Se estudiará el estado de la implantación

de la tecnología a nivel nacional y mundial. En qué países se está

investigando acerca del objeto del presente proyecto y qué avances se

han conseguido.

4. Análisis de la normativa existente. Será necesaria una recopilación y

posterior análisis de los aspectos legislativos que atañen al proyecto,

como la viabilidad legal, requerimientos, normativa a aplicar, etc.

5. Definición de la infraestructura necesaria. Debe quedar perfectamente

definido en el proyecto qué dispositivos y elementos será necesario

instalar en material fijo y móvil del sistema ferroviario para el

aprovechamiento de la energía, así como posibles consecuencias que

pueda ocasionar su instalación y uso en dicho sistema.

6. Estudio del frenado regenerativo. Una de las principales actividades

consistirá en investigar, analizar y definir técnicamente en qué consiste

el frenado regenerativo, cómo funciona y cuales son los principales

parámetros a tener en cuenta a la hora de dimensionar la aparamenta y

equipos.

7. Estudio de la devolución de la energía a la Red. Se analizarán los medios

necesarios para la devolución de la energía regenerada a la Red y los

efectos que pueda tener ésta acción sobre el sistema de abastecimiento

de energía; cómo se podría gestionar.

8. Análisis del uso de acumuladores. La energía generada también podría

ser acumulada. Se investigará sobre posibles dispositivos de acumulación

como pueden ser supercondensadores o baterías.

9. Caso práctico. Análisis de distintos escenarios, para concluir qué tipo de

sistemas son más adecuados para la implantación de sistemas de

recuperación de energía.

MEMORIA 18



10. Redacción del proyecto. Se procederá a la recopilación del trabajo

realizado y los resultados obtenidos en un documento formal.

MEMORIA 19



2 ESTADO DEL ARTE

En este apartado se describe la situación actual de la recuperación de energía

eléctrica en el ferrocarril a nivel nacional y a nivel mundial.

2.1 Situación en España

En un año medio, el conjunto del ferrocarril español recibe de la red eléctrica

3067 GWh que, tras las pérdidas se convierten en los pantógrafos en 2888 GWh,

el cien por cier de la energía importada por el ferrocarril.

A esa cantidad se suman los 577 GWh que si se pueden recuperar por los trenes

en circulación procedente del freno regenerativo de otros trenes próximos. Así,

un total de 3465 GWh son los efectivamente consumidos para la tracción y

equipos auxiliares de los trenes. De ellos, 1283, nada menos que el 44,4 por

ciento de la energía importada de la red por el ferrocarril están destinados a

disiparse por el freno eléctrico. En los trenes sin freno regenerativo se pierden

ya 147 GWh y de los otros 1135 disponibles en los trenes que sí disponen de ese

sistema de freno, sólo 577 pueden, tras las pérdidas ohmicas, ser utilizados por

trenes que estén traccionando en ese momento en la misma sección.

Otros 529 GWh están a disposición de ser aprovechados y sólo 76 de ellos se

devuelven a la red pública de corriente alterna, sin programar y sin

compensación económica, simplemente se contabilizan como un menor

consumo. [4]

En resumen, el ferrocarril español está en disposición de ofrecer 600 GWh al año

como productor de energía renovable.

En la figura que aparece a continuación se pueden apreciar gráficamente los

flujos de energía anteriormente descritos y el enorme potencial de ahorro

MEMORIA 20



energético que supondría el aprovechamiento de la energía regenerable por el

ferrocarril en España a lo largo de un año.

En la siguiente figura se pueden apreciar los flujos de energía en el ferrocarril

comentados anteriormente.

FLUJOS DE ENERGÍA DE TRACCIÓN EN EL FERROCARRIL ESPAÑOL AÑO TIPO

Energia a la salida centrales

Energia a la salida centrales

3.203 705110,9

Pérdidas en transporte

Energía en punto de suministro

136 6664,7

RED TRACCIÓN FERROVIARIA

Energia a la entrada

subestaciones

Devuelta a la red pública (sin programar)

Pérdida en reostático por falta de consumidores

3.067 76 453106,2 2,6 15,7

Pérdidas en catenaria

1796,2

En pantógrafo procedente subestación

Aprovechada por otros trenes

2.888 577100,0 19,98

Energia importada en pantografo

Pérdias óhmicas energia devuelta

otros trenes

3.465 29119,98 1,00

Res.avance, rendim., auxil.

Energía disipada freno electrico

2.182 1.28375,6 44,4

Leyenda

Concepto

Perdida en reostático por falta

freno regenerat. Energía regenerable

GWh / año 147 1.135% sobre panto.p.sub. 5,1 39,3

Trenes. Tracción y auxiliares

USOS DISTINTOS DE TRACCIÓN

Pérdidas en transporte y distribución

No

¿Hay freno regenerativo?

Sí

No

¿Hay otros trenes demandando?

Sí

Sí

No

¿Las subestaciones son reversibles?

Figura 1: Flujos de energía en el ferrocarril español en un año tipo. Fuente [GARC08]

Este flujo de energía representa el sumatorio de los flujos individuales de cada

tren.

MEMORIA 21



En la Tabla 1 se muestra en detalle la energía absorbida por cada tipo de tren,

distinguiendo entre alta velocidad, ferrocarril convencional, cercanías,

mercancías, y otros.

Los ferrocarriles de cercanías y metro son los que más energía importan y

también los que más energía generan como consecuencia de la frenada. En el

metro se aprovecha una parte importante de esa energía para la tracción de

otros trenes, debido a la cercanía entre estaciones que facilita la posibilidad de

que haya trenes acelerando a la vez que otros frenan. Sin embargo, sólo en

algunas líneas de alta velocidad se devuelve parte de la energía recuperada a la

red pública.

FLUJOS DE ENERGIA POR TIPOS DE FERROCARRIL (VALORES ABSOLUTOS EN GWh AL AÑO)

Entrada sub. Sin minorar

Importada en

pantografo proced subes.

Generada en freno

Aprovechada en otros

trenesDevuelta a la red publica

Perdida en Reostatico

por falta consumos

Perdida por falta freno

regenerativoFerrocarriles de alta velocidad (25 kV) 555,8 562,4 88,9 12,8 76,1 0,0 16,6

Ferrocarriles conven. larga y media distancia 228,8 151,6 11,0 2,3 0,0 8,8 6,5

Ferrocarriles cercanias 3 kV 746,2 724,4 386,4 180,6 0,0 205,7 58,0

Ferrocarriles mercancias 581,7 557,2 55,7 0,3 0,0 55,5 52,9

Ferrocarriles autonomicos y v. metrica (<1,5 kV) 174,5 166,2 67,8 24,5 0,0 43,3 3,9

Metros 734,1 683,1 488,0 338,4 0,0 149,6 4,6

Tranvias 46,2 43,0 37,6 18,4 0,0 19,2 5,0

TOTAL 3.067,4 2.888,0 1.135,3 577,1 76,1 482,1 147,4

FLUJOS DE ENERGIA POR TIPOS DE FERROCARRIL (VALORES RELATIVOS)Ferrocarriles de alta velocidad 98,8 100,0 15,8 2,3 13,5 0,0 2,9

Ferrocarriles convencionales de larga y media distancia150,9 100,0 7,3 1,5 0,0 5,8 4,3

Ferrocarriles cercanias 3 kV 103,0 100,0 53,3 24,9 0,0 28,4 8,0

Ferrocarriles mercancias 104,4 100,0 10,0 0,0 0,0 10,0 9,5

Ferrocarriles autonomicos y via metrica 105,0 100,0 40,8 14,7 0,0 26,1 2,3

Metros 107,5 100,0 71,4 49,5 0,0 21,9 0,7

Tranvias 107,5 100,0 87,4 42,8 0,0 44,7 11,6TOTAL 106,2 100,0 39,3 20,0 2,6 16,7 5,1

Tabla 1: Flujos de Energía por tipos de Ferrocarril. Fuente [GARC08]

En la Figura 2 aparecen representadas las principales líneas de ferrocarril

existentes en España.

MEMORIA 22



Figura 2: Red de Ferrocarriles en España. Fuente [PEIT05]

2.1.1 Cuantificación

En nuestro país, la devolución a la red de la electricidad que ahora se disipa en

forma de calor, permitiría recuperar 600 GWh al año, resultado de la suma de

los 147 que se pierden en los reostatos de los trenes que carecen de freno

regenerativo y de los 453 que podrían aprovecharse si existieran subestaciones

reversibles que permitieran devolverlos a la red. Ver Figura 2.

2.1.2 Disposiciones legales

Los sistemas capaces de verter energía a la red pública, podrían ser

considerados dentro del grupo de generación de Régimen Especial, y aunque de

momento no lo son, es conveniente prestar atención al RD 661 por si se

incluyera en un futuro.

MEMORIA 23



En cambio, como en España ya es posible devolver energía a la red (un ejemplo

de ello es la Línea de AVE que une Madrid y Barcelona), ha sido necesario un

cambio legislativo que regule los requisitos de la instalación y las condiciones de

comercialización, en concreto se ha modificado la Diposición Final Primera del

Real Decreto 1011/2009, de 19 de junio, por el que se regula la Oficina de

Cambios de Suministrador [REDE09], se modifica de Real Decreto 1955/2000, de

1 de diciembre, por el que se regulan las actividades de transporte,

distribución, comercialización, suministro y procedimientos de autorización de

instalaciones de energía eléctrica.

Se añade una nueva disposición adicional al Real Decreto 1955/2000, de 1 de

diciembre, por el que se regulan las actividades de transporte, distribución,

comercialización, suministro y procedimientos de autorización de instalaciones

de energía eléctrica, con la siguiente redacción:

Disposición adicional duodécima. Vertidos a la red de energía eléctrica para

consumidores que implanten sistemas de ahorro y eficiencia.

“Los consumidores de energía eléctrica conectados en alta tensión que debido a

la implantación de un sistema de ahorro y eficiencia energética dispongan en

determinados momentos de energía eléctrica que no pueda ser consumida en su

propia instalación podrán ser autorizados excepcionalmente por la Dirección

General de Política Energética y Minas del Ministerio de Industria, Turismo y

Comercio, a verter dicha energía a la red” siempre que cumplan una serie de

requisitos. Para más información consultar la referencia [REDE00]

2.2 Situación en el resto del Mundo

En Alemania, el ICE (Inter-City-Express), y en Japón, el Shinkansen, utilizan

actualmente solo el freno por recuperación, y por el contrario en Francia, el

TGV utiliza solo el freno reostático. El atractivo de eliminar el reóstato de

MEMORIA 24



frenado hace previsible que en el futuro la tendencia se incline a favor del freno

solo por recuperación, en lugar del mixto.

MEMORIA 25



3 LOS SISTEMAS DE TRACCIÓN FERROVIARIA

Para llegar a comprender en profundidad el proceso de regeneración de energía,

las alternativas de aprovechamiento de ésta, y las implicaciones de cada una de

esas alternativas, ha sido necesario estudiar y conocer los sistemas de tracción

ferroviaria así como los distintos dispositivos de los que depende.

3.1 La electrificación

Se entiende por electrificación el sistema de alimentación de tracción por el

cual la energía eléctrica procedente de una línea exterior de alta tensión pasa

por la subestación, circula por el elemento conductor instalado a lo largo de la

línea, penetra en la locomotora a través del captador de corriente, alimenta los

motores y retorna cerrando el circuito por los carriles y feeders negativos, si los

hubiera, y accidentalmente por tierra.

Figura 3: Esquema básico de electrificación ferroviaria. Fuente [CONR03]

MEMORIA 26



Hay tres tipos principales de electrificación de la tracción eléctrica:

- Corriente continua: Fue la primera en utilizarse. La tensión en la

línea y en los motores era la misma, 700-3.000 V., una tensión muy

baja, por lo que para conseguir la potencia necesaria, la intensidad

que circula por las líneas debe ser muy alta, y esto tiene como

consecuencia una elevada sección de catenaria y que se deban

instalar subestaciones muy próximas para evitar las grandes caídas

de tensión. Actualmente la mayoría de los ferrocarriles se alimentan

en corriente continua, condicionados por la infraestructura

existente, pero se emplean motores de tracción de corriente

alterna, debido entre otras cosas a su robustez, por lo que se han de

incorporar inversores de onda en los trenes para lograr alimentar a

dichos motores.

- Corriente alterna monofásica: la frecuencia habitual empleada en

Europa para 25 kV es de 50 Hz, en Estados Unidos y parte de Japón

la más extendida es la de 60 Hz y en algunos países escandinavos y

centroeuropeos se emplea 16 2/3 Hz para 15 kV. El objetivo es

crear instalaciones ligeras e integrando, en este ultimo caso, el

ferrocarril en la red industrial.

- Corriente alterna trifásica: Aunque en un principio se dejó de lado

este tipo de tracción, ya que pese a facilitar el uso de motores

trifásicos, que son robustos y baratos, tenía el inconveniente de que

se necesitaba instalar doble catenaria, con la vía como tercera fase,

y, además, la regulación de la velocidad presentaba gran dificultad,

al depender aquella directamente de la frecuencia (n=60·f/p). Más

adelante se ha retomado esta opción, debido al gran desarrollo

tecnológico que se experimentó en el campo de la electrónica de

potencia y de los semiconductores. Gracias a esta tracción se ha

conseguido el récord de velocidad de 515,3 km/h.

MEMORIA 27



Figura 4: Esquema básico de electrificación ferroviaria. Fuente [CONR03]

Todos los avances en la posibilidad del uso de voltajes cada vez mayores, se

deben principalmente a dos causas:

- Los logros tecnológicos conseguidos en los componentes de la

electrónica de potencia, que ha permitido usar motores de tracción

con una concepción más simple y por lo tanto más fiables.

- El desarrollo de los trenes para velocidades impensables hace

apenas 50 años, en los que además de utilizar los motores

anteriormente mencionados, admiten el suministro tanto de

corriente continua como de alterna, es decir son trenes bitensión.

3.1.1 Sistemas de alimentación

Para que por una red ferroviaria puedan circular los trenes con tracción

eléctrica es preciso implantar, en los trayectos y en las estaciones, un sistema

de alimentación capaz de suministrar al tren, durante todo su recorrido y de

forma continuada y adecuada, la energía eléctrica procedente de la red general,

convenientemente transformada y/o rectificada en las subestaciones.

MEMORIA 28



Se puede definir el sistema de alimentación como la estructura precisa para

situar una superficie conductora accesible al tren, de manera que éste pueda

captar la energía necesaria para su movimiento. Los dos más comunes son el

tercer carril y la línea aérea de contacto.

- El tercer carril es el sistema en el que la alimentación se realiza

mediante un conductor activo situado en las inmediaciones de la vía

férrea y paralelo a los carriles por los que circulan los trenes. Sus

principales ventajas son su gran rigidez y lo económico que resulta

su instalación. Por contra, supone un gran estorbo en las estaciones;

hay que interrumpir su instalación en aparatos de vía y en pasos a

nivel; no se puede utilizar con corriente alterna y, sobre todo,

presenta el importante inconveniente en materia de seguridad que

supone situar elementos en tensión sin protección en zonas de

tránsito de personas, animales, o vehículos y, por lo tanto, su

utilización ha sido relegada a recintos cerrados, como es el caso de

transportes metropolitanos bajo túneles.

- El otro sistema, la línea aérea de contacto (LAC), denominada

globalmente Catenaria, está formado por una serie de conductores

eléctricos, situados a una altura determinada sobre el tren que

permite que todo el convoy circule por debajo de él, llevando la

locomotora un elemento extensible de captación de corriente por

frotación, llamado pantógrafo. Es el sistema más utilizado ya que,

aunque supone un importante impacto visual, sitúa las zonas de

tensión eléctrica fuera de un alcance accidental de personas o

animales.

MEMORIA 29



-

3.2 Subestaciones de tracción

La subestación de tracción es una instalación en la que se acondiciona la energía

eléctrica procedente de la red general para que pueda ser utilizada en la

tracción de los trenes. Existen dos tipos de subestaciones, según sea el tipo de

línea que se va a alimentar, para corriente continua (con tensiones de salida de

1.500 y 3.000 V.) y para corriente alterna (tensión de salida 1x25 kV ó 2x25 kV y

50 Hz).

Figura 5: Subestación de tracción

En la subestación se realizan las siguientes funciones:

- Trasformación de la energía, que procede de la red general en alta

tensión, a la tensión a la que se va a alimentar la catenaria.

MEMORIA 30



- Rectificación de la corriente alterna a corriente continua en el caso

de que la catenaria funcione con este tipo de corriente (líneas

convencionales).

- Alimentación a la catenaria. Esta función se hace a través de los

feeders o cables de alimentación, que son los encargados de

trasportar la energía eléctrica necesaria para la catenaria, desde la

subestación hasta los distintos puntos de alimentación previstos en

los trayectos.

- Suministrar energía tanto para los servicios auxiliares de la propia

subestación como para los necesarios dentro del trayecto en el que

está instalada.

Por tanto, tomando como criterio el tipo de corriente de la catenaria, se pueden

clasificar las subestaciones de tracción en dos grupos principales: las

subestaciones de corriente continua y las de corriente alterna.

3.2.1 Subestaciones de corriente continua

Una subestación de tracción de corriente continua se compone de las siguientes

instalaciones:

• Instalaciones de alterna: En edificio (si la tensión de alimentación es

menor o igual a 20 kV) o bien parque de intemperie (Tensión de entrada >

20 kV). La instalación alberga la aparamenta necesaria para la protección

y medidas en alta tensión.

• Transformadores de potencia: Normalmente, un transformador de

3.300 kVA, con tensión de salida 1.700 V, aunque en las ciudades donde

hay servicio de cercanías, con gran demanda puntual de energía, se

instalan de 6.600 kVA.

MEMORIA 31



• Transformadores de servicios auxiliares: Suele tratarse de un

transformador de 160 kVA y 220 V de tensión de salida, para los circuitos

auxiliares de la subestación (alumbrado, tensión para señalización y

control) y suministro de energía al transformador de la línea de señales y

enclavamientos.

• En la figura que aparece a continuación se pueden apreciar los

componentes principales de una subestación de corriente continua.

Figura 6: Esquema de Subestación de Corriente Continua. Fuente [CENT08]

• Rectificador de potencia: Es el elemento principal de las subestaciones

de continua. Los rectificadores son convertidores estáticos de energía,

cuya misión consiste en realizar la conversión de la corriente alterna que

sale del transformador en corriente continua, mediante diodos de silicio.

Estos diodos además de ser de considerable potencia están refrigerados

por radiadores de calor de aluminio. La rectificación se consigue con

diodos de silicio, a través de dos puentes trifásicos en serie. Normalmente

hay dos grupos de rectificadores por razones de fiabilidad.

MEMORIA 32



Figura 7: Esquema eléctrico de rectificador de tracción. Fuente [FRAI03]

Otros elementos a destacar en éste tipo de subestaciones son los filtros de

corriente y de armónicos y los disyuntores extrarrápidos (interruptores de gran

capacidad de ruptura y elevada rapidez de respuesta).

3.2.2 Subestaciones de corriente alterna

Cada subestación dispone de dos transformadores y cada transformador dos

grupos de relés de protección, denominados principal y de reserva.

Existe un armario de servicios auxiliares que tiene centralizados todos los

magnetotérmicos de la instalación, tanto de corriente alterna como de corriente

continua para los servicios auxiliares, este armario alimenta mediante una

batería para garantizar la continuidad.

La diferencia fundamental entre estas subestaciones y las de continua radica en

el equipo de rectificación, que en alterna obviamente no es necesario, lo que

supone una importante ventaja, ya que la ausencia de los rectificadores facilita

en gran medida la reversibilidad. La mayoría de las subestaciones de corriente

alterna no presentan ningún impedimento para devolver energía a la red.

MEMORIA 33



3.3 Catenaria

En ferrocarriles se denomina catenaria a la línea aérea de alimentación con

suspensión catenaria, sistema que transmite potencia eléctrica a

las locomotoras u otro material motor. Las tensiones de alimentación más

comunes van desde 600 V a 3 kV en corriente continua, o entre 15 y 25 kV

en corriente alterna. La mayor parte de las instalaciones funcionan con

corriente (continua o alterna) monofásica, aunque existen algunas

instalaciones trifásicas.

Tensión nominal de alimentación Áreas de aplicación

600-750 Vc.c. Metro y tranvías

1.200-1500 Vc.c. Suburbanos y Metros

3000 Vc.c. Líneas convencionales

25.000 Va.c. 50Hz Líneas de Alta Velocidad (1)

Tabla 2: Tensiones Nominales de alimentación. Fuente: Elaboración Propia

En las líneas aéreas, el polo positivo de la instalación es normalmente la

catenaria y el negativo son los carriles sobre los que circula el tren.

MEMORIA 34



Figura 8: Catenaria convencional

Las corrientes provenientes de la subestación (transformadora o rectificadora de

la tensión de la red general) llegan al tren por la catenaria a través

del pantógrafo y vuelven a la subestación a través de los carriles de la vía

férrea…

Los elementos fundamentales que componen la catenaria son:

• Sustentador

Es el cable superior de la catenaria y tiene como misión soportar el peso del

sistema formado por los hilos de contacto y las péndolas, así como mantener

todo el sistema con una determinada tensión mecánica, cooperando en el

dimensionamiento eléctrico de la línea. Según la posición del sustentador

respecto de la ménsula debajo/encima denominaremos a la catenaria

suspendida o apoyada.

El cable sustentador suele estar formado por varios hilos, arrollados sobre sí

mismos, utilizándose como materiales para su elaboración, principalmente, el

cobre para las líneas electrificadas con corriente continua y el acero recubierto

de cobre para las de alta velocidad con corriente alterna. En vías secundarias y

MEMORIA 35



donde no se precisan grandes consumos se emplea cable de acero, que tiene

como mayor inconveniente su mayor resistencia eléctrica.

Las secciones empleadas varían con el tipo de electrificación, la tensión y la

longitud del vano de cobre y su sección depende de la longitud del vano. De él

cuelgan las péndolas que sostienen a los hilos de contacto.

• Hilo de contacto

Es el elemento fundamental de todo el conjunto de materiales empleados en la

LAC. Suele ser un conductor de cobre electrolítico, aunque actualmente se

utilicen aleaciones de plata, cadmio y magnesio, para aumentar la

conductividad, las tensiones mecánicas de trabajo, disminuir su coeficiente de

dilatación, etc. Su sección transversal es, como en el caso del sustentador,

función del tipo de corriente que se utilice en el trayecto, de la velocidad a que

se circule e incluso de las temperaturas de la zona. Las habituales son las

circulares de 107, 120 y 150 mm2.

Se coloca a una altura constante sobre el plano del carril de 5,30 m. Cuando por

la presencia de un obstáculo, como pueda ser un paso superior o un túnel, no se

pueda mantener paralelo al plano de rodadura, se variará la altura del hilo con

una pendiente que será, como máximo, del 2/1000 en las transiciones y del

1/1000 al comienzo y final. Además, y para evitar el desgaste puntual del

pantógrafo, se monta con un desplazamiento alternativo horizontal respecto del

eje de la vía, que se conoce como descentramiento.

Se suelen emplear dos hilos en vías generales principales, mientras que se

emplea uno sólo en vías secundarias y en las electrificaciones en alterna ya que

el consumo es menor en estos casos que cuando se trabaja con corriente

continua.

MEMORIA 36



• Péndolas

Son los elementos de la catenaria que unen los hilos de contacto con el cable

sustentador, manteniéndolos a una determinada distancia del plano de

rodamiento. Hasta hace poco estaban formadas por varillas rígidas de cobre,

pero en la actualidad se elaboran con cable de cobre para mejorar la

conductividad y flexibilidad del sistema. Se conectan al hilo de contacto

mediante una pieza llamada grifa.

Figura 9: Elementos de la catenaria

1.- poste, 2.- ménsula, 3.- suspensión, 4.-atirantado, 5.- hilos de contacto, 6.- cable sustentador, 7.- péndolas de un vano, 8.- cable de toma de tierra 9.- feeder.

• Feeder

Es el cable que partiendo de la subestación, discurre tendido conjuntamente

con la LAC como refuerzo de sección de ésta y sin ninguna función mecánica.

Generalmente son de cobre y, excepcionalmente de aluminio con alma de

acero. Se conectan a la catenaria cada cierta distancia (120-300 m).

MEMORIA 37



Su empleo viene determinado por la necesidad de aumentar la sección de los

conductores, en los tramos donde los consumos de corriente son elevados,

evitando el sobrecalentamiento de los cables y reduciendo las pérdidas por

caída de tensión, sin que la catenaria pierda sus características de ligereza y

flexibilidad. Esto ocurre habitualmente en las catenarias para velocidades altas

y en las redes de cercanías, en las que la intensidad nominal puede llegar a los

2.000 A., no debiendo superar la densidad de corriente en este tipo de

instalaciones los 5 A/mm2.

En otros tramos, para reforzar la sección del circuito de retorno, integrada por

los carriles de la propia vía, y con el fin de reducir la caída de tensión, se tiende

sobre los postes un cable de cobre, que se conecta en paralelo con los carriles,

o feeder negativo.

Además, dos magnitudes caracterizan la catenaria. Una de ellas es su altura, es

decir, la distancia entre el sustentador y el hilo de contacto en el punto de

apoyo del sustentador. Las normalizadas son 1,40 m., en las líneas

convencionales y de velocidad alta, y 1,80 m. en las líneas de alta velocidad. La

otra es el vano, su distancia entre dos apoyos consecutivos. En recta las

longitudes mas usuales de vano son de 60 m.

• Pantógrafo

Este elemento, aunque no forma parte de la línea de alimentación es muy

importante por ser el encargado de captar la energía eléctrica de la catenaria y

trasmitirla a la máquina del tren. Ubicado en el techo de la locomotora y aislado

de ésta mediante aisladores de porcelana, consiste en una mesilla con una o

varias placas conductoras que cuenta con regulación y amortiguación vertical,

mediante muelles o a través de un sistema neumático, que le permiten

mantener el contacto con el hilo durante el desplazamiento del convoy.

MEMORIA 38



Figura 10: Pantógrafo

Consta de las siguientes partes:

- Bastidor: es el armazón que soporta el sistema articulado, los

muelles y el pistón de aire comprimido del mecanismo de elevación

del pantógrafo.

- Sistema articulado: está constituido por una estructura tubular

articulada de forma romboidal o semirromboidal.

- Mesillas: son los elementos de captación directa de la corriente;

constan de: zapata, frotadores y trocadores.

- Mecanismo de elevación: formado por cilindro, muelles, resortes y

válvulas que hacen ascender o descender las mesillas.

3.4 Motores de tracción

Los motores de tracción ferroviaria se diferencian en dos grandes grupos en

función del tipo de corriente con el que se alimentan: los de corriente continua

y los de corriente alterna.

MEMORIA 39



Para entornos metropolitanos y suburbanos habitualmente se emplean motores

de menor tamaño y más distribuidos a lo largo del tren, para facilitar los rápidos

y frecuentes procesos de aceleración y parada a los que están expuestos éste

tipo de trenes, a través de un esfuerzo más equilibrado y repartido.

En alta velocidad históricamente se han empleado motores de mayor tamaño,

aunque las nuevas líneas de desarrollo tienen hacia una mayor distribución.

3.4.1 Motores de corriente continua

Los motores de corriente continua presentan un par de arranque elevado y su

velocidad puede modificarse variando la tensión aplicada, para una corriente de

inducido determinada.

Figura 11: Motor de corriente continua. Fuente: [HERN10]

La regulación de velocidad es fácil de conseguir en este tipo de motores, ya que

la tensión en bornes se puede modificar simplemente introduciendo resistencias

en serie con el motor. Esta característica es la que históricamente ha

determinado que los motores de tracción por excelencia hayan sido de corriente

MEMORIA 40



continua, pues la regulación de tensión ha sido fácil de conseguir. Sin embargo,

presentan mayor complejidad en su fabricación y un mantenimiento complejo y

costoso, razón por la cual los sistemas de tracción han ido migrado desde los

años 80 hacia motores de corriente alterna.

3.4.2 Motores de corriente alterna

Los motores de corriente alterna se pueden clasificar en dos tipos, en función

del número de fases que los alimenten, en caso de que sea una sola fase se

denominan monofásicos y si son tres trifásicos.

Los motores trifásicos de tracción son más robustos y tienen un coste de

mantenimiento menor, además para la misma potencia y revoluciones que un

motor monofásico, sus cables de alimentación son más pequeños y su tamaño es

menor y por tanto resulta más barato. A pesar de estas ventajas, el hecho de

que las locomotoras se alimenten solamente con una fase ha favorecido el uso

de los motores monofásicos en el ferrocarril.

Figura 12: Motor asíncrono de una locomotora RENFE serie 252. Fuente: Renfe

MEMORIA 41



Para una determinada frecuencia, el par motor alcanza su máximo a una

determinada velocidad por lo que, si queremos conseguir más velocidad, a

igualdad de par, no queda más remedio que variar la frecuencia. Por este

motivo, los variadores de velocidad más extendidos en los motores de corriente

alterna trifásica basan su funcionamiento en la variación de la frecuencia.

La figura que aparece a continuación muestra la curva par-velocidad de tres

motores distintos y es el fundamento de la regulación de tracción en motores

asíncronos trifásicos.

Figura 13: Curva Par-Velocidad. Fuente [HERN10]

El eje vertical representa el par y el horizontal la velocidad del rotor o parte

móvil del motor trifásico.

3.5 Sistemas de frenado

Los sistemas de frenado juegan un papel muy importante a la hora de la

recuperar la energía que previamente se le ha suministrado al material móvil

MEMORIA 42



para su tracción., ya que el tipo de freno empleado en cada ocasión, condiciona

las posibilidades de recuperación de esa energía.

En función del método empleado para realizar la frenada, los frenos ferroviarios

se pueden clasificar en dos grupos fundamentales: el freno eléctrico y el freno

mecánico o neumático.

3.5.1 El freno eléctrico

El fundamento del freno eléctrico reside en el importante fenómeno consistente

en que los motores eléctricos de colector o trifásicos (síncronos o asíncronos)

tienen un funcionamiento reversible, es decir, pueden funcionar como motores

durante su tracción, absorbiendo corriente eléctrica de la catenaria y

produciendo esfuerzo tractor o como generadores durante el proceso de

frenado, produciendo corriente eléctrica y absorbiendo la energía mecánica del

tren.

Existen tres posibilidades de freno eléctrico, en función del consumidor de la

energía eléctrica generada por los motores:

• Reostático. La energía se disipa en forma de calor en conjuntos de

resistencias montados sobre el propio vehículo. En el caso de tracción

eléctrica es deseable que pueda funcionar incluso sin tensión de

catenaria. Se utiliza también en tracción diesel-eléctrica (freno hidráulico

con tracción diesel –hidráulica).

• Regenerativo. La energía recuperada no se disipa en resistencias, sino

que es aprovechada por otros elementos del sistema o incluso podría ser

devuelta a la red pública. La existencia y utilidad de este tipo de freno es

uno de los pilares del presente proyecto.

• Mixto. El desarrollo de la electrónica de potencia ha posibilitado la

utilización de este sistema, que consiste en la utilización del freno

MEMORIA 43



reostático y regenerativo de manera yuxtapuesta y automática en función

de las necesidades. El atractivo de eliminar el reóstato de frenado hace

previsible que en el futuro la tendencia se incline a favor del freno solo

por recuperación, en lugar del mixto.

3.5.1.1 Utilización del freno eléctrico

Existen dos clases de limitaciones para la utilización del freno eléctrico

[AREN06]:

- Limitación mecánica: El coeficiente de adherencia rueda/carril

utilizable en frenado, que es muy inferior al de tracción,

aproximadamente la mitad.

- Limitación eléctrica: La potencia de los motores actuando como

generadores es limitada y también los son el equipo eléctrico de

tracción y la potencia que el reostato es capaz de disipar. Otra

variable que puede limitar la actuación del freno eléctrico es la

tensión de los motores de tracción, que se eleva al actuar éstos

como freno ya que se invierte la dirección del flujo de corriente.

3.5.1.2 Ventajas del freno eléctrico

La utilización del freno eléctrico frente al neumático presenta las siguientes

ventajas [AREN06]:

• Protección de las ruedas

La aplicación de las zapatas sobre las ruedas a velocidades elevadas y durante

tiempo prolongado en el descenso de largas pendientes, puede provocar la

degradación térmica de las ruedas, e incluso su rotura, comprometiendo la

seguridad de la circulación.

MEMORIA 44



Razonamiento similar es también válido para los discos de freno, aunque en

menor proporción, porque los discos están diseñados para soportar temperaturas

notablemente más elevadas.

Se consigue una mayor duración de las ruedas, al evitar el desgaste producido

por las zapatas. Las ruedas son elementos de gran valor económico, que influyen

mucho en el coste y periodos del mantenimiento del material motor.

Además se obtiene un ahorro de zapatas de freno y mano de obra para

sustituirlas. Y lo mismo para discos y guarniciones de freno.

• Conducción más fácil del tren.

Ésta se hace especialmente más sencilla en el descenso de largas pendientes.

• Comodidad para los viajeros.

Con el freno eléctrico se evitan ruidos, chirridos y vibraciones al aplicarse las

zapatas.

• Ahorro de energía.

El freno eléctrico permite recuperar parte de la energía que se le había cedido

al tren para su tracción, lo que permite ahorrar energía y mejorar la eficiencia

global de las líneas de ferrocarril.

En Alta Velocidad el freno eléctrico ha pasado a ser el sistema de freno principal

del tren, utilizándose casi con exclusividad durante las frenadas de servicio, y

aplicándose el freno neumático con discos de freno solo como apoyo al freno

eléctrico en caso de deceleraciones fuertes, frenados de emergencia o

estacionamientos.

MEMORIA 45



3.5.1.3 Freno eléctrico con electrónica de potencia

La introducción de la electrónica de potencia en el ferrocarril supuso una

revolución en la concepción del freno eléctrico, porque permitió utilizar

fácilmente el frenado regenerativo.

Las causas que dieron lugar a esta revolución son [AREN06]:

- La electrónica de potencia permite al motor trabajar a una fuerza

electromotriz inferior a la tensión de catenaria, actuando como un

“transformador de corriente continua” elevador de tensión.

- El sistema electrónico de regulación permite dominar

instantáneamente las variaciones bruscas de tensión en catenaria.

- La forma de las curvas características Par-Velocidad ya no son

relevantes, pues ahora en lugar de curvas hay realmente un área de

infinitas curvas.

3.5.2 El freno neumático

Se considera el freno más fiable y motivo por el cual el frenado de emergencia

se realiza exclusivamente con el freno neumático.

Todo el sistema de freno neumático termina en los bogues, que son el último

eslabón de la cadena de freno de un tren.

El sistema mecánico de freno puede ser de dos tipos:

• Mediante frenos de disco. El frenado se produce a través de unas

zapatas, que presionan al disco al ser accionadas por un cilindro

neumático, hidráulico o con resorte interno de muelle para casos de

emergencia o freno de estacionamiento.

MEMORIA 46



• Patín sobre el carril. El esfuerzo de freno se produce por acción

electromagnética.

La acción neumática es promovida por el pistón de un cilindro que se amplifica

mediante un juego de palancas y timonería. La mayoría de los frenos se basan

en sistemas de aire comprimido con presiones de funcionamiento que oscilan

entre 0 y 6 atmósferas.

En la Figura a continuación se muestra un esquema con los distintos tipos de

frenado que se pueden realizar en la conducción.

Figura 14: Tipos de Freno. Fuente [MELI04]

MEMORIA 47



4 EL PROCESO DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA

En este apartado se describen los distintos elementos que intervienen

directamente en el proceso de recuperación. Cuáles son, en qué consisten y

cómo actúan.

4.1.1 Frenado regenerativo

• Qué es un freno regenerativo

Un freno regenerativo es un dispositivo que permite reducir la velocidad de

un vehículo transformando parte de su energía cinética en energía eléctrica.

Para que exista el frenado regenerativo, el motor del tren debe ser capaz de

funcionar como receptor y como generador. Cuando funciona como generador, a

partir del par aplicado por los ejes de las ruedas genera energía eléctrica y a la

vez se consigue el efecto de frenado.

En función del destino de la energía generada podemos clasificar éste tipo de

freno como regenerativo (la energía se aprovecha) o reostático (la energía

eléctrica generada en la frenada es disipada en forma de calor).

El frenado tradicional, basado en la fricción, se sigue empleando junto con el

regenerativo ya que aunque el frenado regenerativo reduce de manera efectiva

la velocidad a niveles bajos, la cantidad de energía a disipar queda limitada por

la capacidad de absorción de ésta por parte del sistema, o por el estado de

carga de los acumuladores. Un efecto no regenerativo puede ocurrir si otro

vehículo conectado a la red suministradora de energía no la consume o si las

baterías o condensadores están cargados completamente. Por esta razón,

MEMORIA 48



actualmente es necesario contar con un freno reostático que absorba el exceso

de energía en dichas situaciones.

Los frenos reostáticos, a diferencia de los regenerativos, disipan la energía

eléctrica en forma de calor al hacer circular la corriente generada durante el

frenado, a través de enormes bancos de resistores variables o reostatos. Por

tanto, presentan dos inconvenientes principales en comparación con el freno

regenerativo:

1.- No se aprovecha la energía cinética que el tren posee, para otros usos como

servicios auxiliares o el abastecimiento a otros trenes, lo que reduce el

rendimiento del sistema.

2.- El calor generado por los resistores puede servir para calentar el interior del

vehículo, pero lo habitual es que ese calor tenga que ser disipado al exterior, lo

que se traduce en un gasto energético adicional.

• Cómo funciona el freno regenerativo

Los frenos regenerativos se basan en el principio de que un motor eléctrico

puede ser utilizado como generador. El motor eléctrico de tracción es

reconectado como generador durante el frenado y los terminales de

alimentación se convierten en suministradores de energía, la cual se conduce

hacia una carga eléctrica, y es esta carga la que produce el efecto de frenado.

Durante el frenado, las conexiones del motor de tracción son modificadas,

mediante un dispositivo electrónico, para que funcione como un generador

eléctrico. Por ejemplo, los motores de corriente continua brushless (del inglés,

sin escobillas), cuentan normalmente con sensores de efecto Hall para

determinar la posición del rotor del motor, lo que permite tener información del

vehículo y calcular cómo se ha de frenar de la manera más adecuada.

Los campos del motor se conectan al motor principal de tracción y las

armaduras del motor se conectan a la carga. El motor de tracción proporciona la

MEMORIA 49



excitación de los campos magnéticos, las ruedas del vehículo al girar, mueven

las armaduras, y el motor actúa como generador.

Si el movimiento del vehículo es decelerado, el flujo de corriente a través de la

armadura del motor durante ese frenado debe de ser contrario al que se utiliza

para accionar al motor.

El esfuerzo de frenado es proporcional al producto de la fuerza magnética de las

líneas de campo multiplicado por la velocidad angular de la armadura.

4.1.2 Electrónica de potencia

Para que el motor pueda adaptarse a las diferentes situaciones, pasando de

receptor a generador y de generador a receptor, es necesario que los equipos de

electrónica asociados al motor permitan y gestionen éstos cambios.

Uno de los dispositivos electrónicos que va a tener relevancia en éste proceso es

el inversor. Sobre todo cuando la alimentación por catenaria sea en corriente

continua.

4.1.3 Inversores

Después del sistema de captación, y tras las correspondientes protecciones, se

suelen instalar en la actualidad inversores de corriente que, con esquemas como

el de la Figura 16, se destinan a alimentar, partiendo de la corriente de

alimentación en continua, a los motores de sistemas auxiliares (compresores,

ventiladores, etc.) y al alumbrado interior de los vehículos.

MEMORIA 50



Figura 15: Esquema eléctrico de una locomotora alimentada en Corriente Continua. Fuente: [ESTR06]

Estos convertidores estáticos adoptan diferentes configuraciones según cada

constructor, la potencia de diseño y el sistema de refrigeración utilizado

(convección natural, ventilación forzada o refrigeración por agua o líquido

frigorigénicos).

En el caso de alimentación en corriente alterna (Figura 17), los equipos

convertidores de corriente continua a corriente alterna son igualmente

necesarios para la alimentación de los motores y los servicios auxiliares de

corriente alterna. En este caso, además, se hace necesario un rectificador de

corriente alterna a corriente continua entre los equipos anteriores y la

captación de la línea.

MEMORIA 51



Figura 16: Esquema eléctrico de una locomotora alimentada en Corriente Alterna. Fuente: [ESTR06]

Como puede apreciarse, ambos motores se alimentan en corriente alterna. El

motivo de que a las unidades móviles les llegue la energía eléctrica en corriente

continua es principalmente el hecho de que las infraestructuras de cierta

antigüedad se diseñaron para este tipo de corriente y resultaría mucho más

costoso modificarlas que instalar inversores en los trenes.

En el apartado 5.4 del presente proyecto se describe cómo afecta la

alimentación en corriente continua a la hora de devolver la energía regenerada

a la Red pública.

MEMORIA 52



5 ALTERNATIVAS AL USO DE LA ENERGÍA REGENERADA

5.1 Introducción

En este quinto apartado se describen los diferentes estados en los que puede

encontrarse un tren capaz de recuperar energía mientras recorre un trazado, así

como los elementos que deben incorporarse al material móvil y las

subestaciones (distinguiendo entre las de corriente continua y las de alterna)

para que la recuperación se realice de la manera más eficiente posible.

5.2 Estados o situaciones posibles

A continuación se detallan las distintas posibilidades o casos que se pueden

presentar mientras el tren se desplaza por la vía, en función de las

circunstancias concretas y los dispositivos de gestión y almacenamiento de

energía disponibles.

5.2.1 El motor del tren actúa como receptor

En situaciones en las que el tren circula con pendiente equivalente positiva

(cuesta arriba) o con una pendiente que no sea lo suficientemente negativa

como para vencer las fuerzas de resistencia al avance, el tren actúa únicamente

como receptor y por tanto sólo consume energía eléctrica.

MEMORIA 53



5.2.2 El motor del tren actúa como generador

Para que el motor del tren actúe como generador, es necesario que se dé al

menos una de las siguientes condiciones:

• Que la fuerza resultante de la pendiente equivalente negativa supere al

vector total de resistencia al avance y el tren haya superado su velocidad

objetivo.

• Que el tren necesite frenar porque se aproxima a una estación o a un

punto del trazado con velocidad limitada.

Cuando el tren se encuentra en una de éstas situaciones, el sistema electrónico

de control se encarga de realizar el conexionado eléctrico necesario para que el

motor eléctrico de tracción pase a actuar como generador.

Una vez que el tren comienza a generar energía lo siguiente que hay que

plantearse es: ¿Qué se puede hacer con esa energía? ¿Qué opciones existen

actualmente y qué otras podrían aparecer en el futuro?

El siguiente diagrama de flujo que aparece a continuación puede apreciarse de

manera gráfica la lógica que seguiría un sistema ferroviario cuyos trenes

dispongan de frenado regenerativo e incorpore dispositivos para acumular la

energía regenerada.

MEMORIA 54



Figura 17: Diagrama de Flujo del proceso de Frenado Regenerativo. Fuente: Elaboración Propia

MEMORIA 55



Como se puede apreciar en el diagrama, la energía generada puede tener las

siguientes aplicaciones:

5.2.2.1 Se destina a los Servicios auxiliares

En los casos en que la energía recuperada sea igual o inferior a la demandada

por los servicios auxiliares, ésta se destinara a cubrir esa demanda.

Se entienden por servicios auxiliares a todos aquellos consumos del tren que no

están relacionados con la tracción, como puede ser la climatización,

iluminación, dispositivos de protección contra incendios, alimentación de

equipos electrónicos, etc.

5.2.2.2 Es absorbida por otros elementos del sistema.

Si la cantidad de energía que se está regenerando es superior a la demandada

por los servicios auxiliares, antes de acumularla o devolverla a la red, para

evitar pérdidas es preferible que ésta sea absorbida por otros elementos del

sistema externos al tren, como pueden ser otros trenes u otros dispositivos de la

infraestructura (mantenimiento, señalización de vías, equipos de

comunicaciones…)

5.2.2.3 Se devuelve a la Red de alimentación de la Compañía.

Si la energía recuperada supera a la demandada por los servicios auxiliares y

otros elementos de la infraestructura, y el sistema no dispone de dispositivos de

acumulación, existen dos posibilidades. La energía excedente se disipa en unas

resistencias o es devuelta a la Red Eléctrica de abastecimiento. Obviamente la

segunda opción es la más adecuada en términos de eficiencia energética,

MEMORIA 56



aunque para ello es necesario que las subestaciones presenten las

características que se describen en el apartado 5.4 del presente proyecto.

5.2.2.4 Se acumula

Como se verá en el apartado 5.3, en algunas situaciones puede resultar más útil

acumular parte de la energía regenerada para un uso posterior. En función del

lugar en que se encuentren los acumuladores, podemos hablar de:

• Dispositivos de almacenamiento embarcados en el tren.

• Dispositivos de almacenamiento situados en tierra.

5.2.2.5 Se acumula y se devuelve a la Red.

En caso de que sea posible tanto la acumulación y como la devolución a la red,

se optará por una u otra alternativa en función de las necesidades concretas en

cada momento y del precio de venta de la energía en ese período horario.

MEMORIA 57



5.3 Acumuladores

Como se ha comentado anteriormente, el hecho de que los trenes incorporen un

freno regenerativo y sean capaces de devolver energía a la red supone una

importante mejora en la eficiencia y sostenibilidad de los sistemas ferroviarios y

de los medios de transporte en general.

El inconveniente es que a la vez presenta algunas complicaciones técnicas

derivadas de la regeneración, como puede ser la gestión y control de esa

energía que se está generando.

Cuando un tren pasa de consumir a regenerar electricidad, el nivel de tensión de

la red se incrementa, al igual que si se tratara de una “minicentral” de

generación. Además los trenes no circulan solos, sino que podemos encontrarnos

varios trenes circulando por un tramo de electrificación común y además en

ambos sentidos. Ésta situación provoca que en ocasiones sea complejo llegar a

poder predecir los instantes exactos en los que una subestación está

abasteciendo o está recibiendo energía del sistema.

Además puede darse el caso de que aparezcan “picos” de generación en los que

la red eléctrica es incapaz de absorber toda la energía que se está regenerando.

Para solucionar los problemas anteriormente citados, puede resultar

conveniente incorporar dispositivos de acumulación de energía que ayuden a

mejorar la estabilidad y robustez del sistema.

Fundamentalmente existen dos emplazamientos posibles para estos

acumuladores; pueden ir alojados en el tren, o situados en tierra, en las

subestaciones.

Parece lógico pensar que el lugar idóneo para instalar los elementos de

acumulación de energía es el tren, quizá porque es en el material móvil donde

generalmente se encuentran estos dispositivos en otros medios de transporte

MEMORIA 58



como por ejemplo en los coches híbridos, pero los acumuladores embarcados

tienen algunas limitaciones, principalmente su peso y volumen, ya que no se

puede lastrar un tren más de unas pocas toneladas sin afectar a su rendimiento

y consumo eléctrico. Ya que los trenes están conectados a un circuito de

alimentación por catenaria, se puede aprovechar ésta ventaja y solucionar ésta

limitación mediante el empleo de acumuladores instalados en las subestaciones.

Aun así, los dispositivos de almacenamiento de energía integrados en el tren

presentan la ventaja de facilitar la continuidad de suministro eléctrico de

algunos servicios incluso en caso de fallo en el sistema de alimentación externo,

por tanto, lo más adecuado para alcanzar un compromiso entre fiabilidad de

suministro y capacidad de almacenamiento parece ser el empleo de sistemas

mixtos, es decir, acumuladores embarcados y en tierra.

5.3.1 Acumuladores embarcados

Se entiende por acumuladores embarcados a cualquier sistema de acumulación

de energía que vaya instalado en el tren.

Su objetivo, al igual que los acumuladores situados en tierra es el de almacenar

la energía que se genera durante el proceso de frenado para su posterior

utilización.

En la siguiente figura se puede apreciar el proceso de acumulación. Las flechas

azules indican el sentido de la energía, desde los motores de tracción (que en

éste caso se comportan como generadores) hasta el sistema de acumulación

embarcado.

MEMORIA 59



Figura 18: Proceso de acumulación de energía embarcada. Fuente: CAF

A día de hoy existen dos tipos fundamentales de acumuladores embarcados, en

función de la tecnología que emplean, los ultracondensadores y las baterías, ya

que ambos reúnen las características necesarias para instalación a bordo del

tren:

- Elevada capacidad de almacenamiento de energía con relación a su

masa.

- Tiempos de respuesta a la demanda de energía casi instantáneos.

- Estabilidad. Ambos sistemas son estables mecánicamente. Ésta es el

principal motivo que impide que los volantes de inercia se puedan

embarcar con el material móvil.

Las principales ventajas que ofrencen los acumuladores embarcados son:

- La posibilidad de traccionar sin catenaria: Puede ser útil en los

casos en que se atraviesen zonas poco apropiadas para la instalación

de catenarias, como recintos urbanos, túneles, etc.

- Garantizar la continuidad del suministro eléctrico de los servicios

auxiliares (luz, climatización…) tanto en condiciones normales como

en situaciones de fallo del sistema de alimentación por catenaria.

MEMORIA 60



El principal inconveniente que presentan consiste en el volumen y masa de

acumuladores que se pueden embarcar en un tren está muy limitado, si no se

quiere afectar a otros aspectos como:

- La dinámica del tren. Aunque en ocasiones es necesario lastrar con

peso algunos trenes para mejorar su respuesta dinámica, el hecho

de incorporar grandes acumuladores puede suponer un exceso de

lastre podría afectar a su rendimiento. El peso máximo que se le

puede añadir a un tren tipo es de unas 2,3 toneladas.

- La capacidad de carga de mercancía o de viajeros a transportar. El

incluir equipos voluminosos o pesados podrían reducir la capacidad

de transporte del tren (viajeros·km ó kg·km).

Debido a éste motivo, la capacidad de los acumuladores embarcados está muy

limitada y su principal aplicación es la de cubrir “pequeñas demandas”, como

pudieran ser los servicios auxiliares.

5.3.1.1 Supercondensadores

Un condensador es un elemento pasivo de circuito eléctrico con dos terminales

formado por dos placas conductoras separadas por un aislante, donde se

almacena energía eléctrica debido al paso de las corrientes de una placa a otra

a través del aislante.

Los supercondensadores (también conocidos como ultracondensadores o

condensadores electroquímicos de doble capa, EDLCs por sus siglas en inglés)

tienen una densidad de energía inusualmente alta en comparación con los

condensadores comunes, pudiendo alcanzar órdenes de miles de Faradios.

Se considera supercondensador a los dispositivos pasivos de almacenamiento de

energía con una capacitancia mayor a un faradio.

MEMORIA 61



Figura 19: Ultracondensador de explotación industrial. Fuente: Alstom

• Principales características:

- Emplean tecnología de almacenamiento electrostático.

- Permiten una potencia alta y un tiempo de reacción rápido, pero la

energía disponible está limitada y por tanto el tiempo de uso.

- La densidad de energía almacenada en un supercondensador es unas

6 veces menor al de un volante de inercia.

- El número de cargas y descargas está limitado.

Éstas características hacen que los supercondensadores sean unos de los

dispositivos de almacenamiento más indicados para ser instalados a bordo del

tren.

En las dos figuras que aparecen a continuación se indica de manera gráfica y

simplificada el conexionado y esquema eléctrico de éstos equipos.

MEMORIA 62



Figura 20: Esquema básico de ultracondensadores en un tren. Fuente: [LAFO10]

Figura 21: Esquema eléctrico de conexión de ultracondensadores. Fuente: [LAFO10]

La siguiente fotografía muestra un EDLC embarcado en una unidad de tracción.

Figura 22: Ultracondensador embarcado en tren. Fuente: Alstom

MEMORIA 63



5.3.1.2 Baterías

Emplean tecnología de almacenamiento químico, por ello ocupan mucho menos

espacio (mayor densidad de energía) pero tienen un inconveniente, el fuerte

impacto ecológico dada la toxicidad de los materiales empleados y de los

residuos que generan.

En las figuras que se muestran a continuación, se muestra el lugar de instalación

de las baterías dentro de las unidades de tracción, así como otros elementos

necesarios para su utilización (disyuntor, cargador, sistema de refrigeración…)

Figura 23: Baterías y aparamenta. Fuente: Alstom

MEMORIA 64



Figura 24: Representación de acumulador embarcado. Fuente: CAF

5.3.2 Acumuladores en tierra

Otra opción que se baraja es la de instalar los acumuladores en tierra firme.

Evitando así el problema/ limitación del lastrado excesivo del tren.

En este caso parece ser que la tecnología más idónea y que mejor se adapta a

las necesidades son los volantes de inercia, aunque también se podrían emplear

baterías o ultracondensadores.

Los flujos de energía entre los dispositivos de acumulación de energía situados

en tierra, la línea de distribución y los trenes aparecen reflejados de manera

esquemática en la figura a continuación:

MEMORIA 65



Figura 25: Esquema eléctrico de acumulación en tierra. Fuente [LAFO10]

Problemas que se podrían solucionar:

- Reducir picos de consumo

- Compensar caídas de tensión y sobretensiones en catenaria.

- Reducir la potencia nominal de las subestaciones, así como el

número de las mismas.

- Equilibrar el consumo de las fases en la red.

- Mejorar la seguridad y estabilidad de la red.

MEMORIA 66



Tecnología disponible actualmente:

- Sistema de almacenamiento cinético (volante de inercia) del orden

de 350 KW / 200MJ, por unidad, adaptado para aplicación

ferroviaria.

- Convertidor electrónico de potencia para conexión a catenaria de

3000Vdc

Para el almacenamiento de energía hay que desarrollar un sistema basado en

electrónica de potencia, que permita el intercambio de potencia necesario en

cada momento de la red al acumulador cinético y viceversa. Se trata de un

sistema de elevada potencia que ha de ser de gran fiabilidad en pos de evitar

fallos en el suministro de energía en ambas direcciones.

5.3.2.1 Volantes de inercia

Esta tecnología se basa en la acumulación de energía cinética en un disco al que

se le hace girar en unas condiciones de rozamiento casi nulo.

La energía almacenada en un volante de inercia no se ve afectada por los

cambios de temperatura, no sufren de efectos de memoria, pueden ser cargados

y descargados indefinidamente, tienen vida “infinita” y una gran fiabilidad.

Son elementos que no dañan el medio ambiente, al ser fabricados con

materiales inertes o benignos. La energía almacenada es conocida en todo

momento mediante una simple medición de la velocidad. Necesitan de una

protección para el caso de rotura.

MEMORIA 67



Figura 26: Componentes del volante de inercia. Fuente [LAFO10]

• Diseño y construcción del volante

La cantidad de energía almacenada en un volante de inercia depende de la

inercia del volante y de la velocidad de giro del mismo. La inercia del volante

depende de su forma geométrica y las propiedades del material en el que está

construido. La máxima velocidad de giro de un volante de inercia, y por lo

tanto, la máxima energía que puede ser almacenada está limitada, debido a las

tensiones que se producen en el interior del volante de inercia y provocadas por

la fuerza centrífuga.

• Sistema de levitación y guiado magnético

El volante de inercia se sustenta magnéticamente por medio de cojinetes con el

objetivo de mejorar la fiabilidad del sistema y reducir las perdidas producidas

en el sistema. Típicamente constan de dos cojientes magnéticos radiales y un

cojinete activo-pasivo axial. Los cojinetes radiales mantienen el eje en una

posición fija, mientras que el axial sustentará el flywheel (disco) a la vez que lo

mantiene fijo en una posición axial.

MEMORIA 68



Los materiales utilizados en la construcción del volante varían la capacidad de

energía almacenada por unidad de volumen y peso. La fibra de carbono, gracias

a sus elevadas características mecánicas permite aumentar la densidad de

energía. Sin embargo existe una dificultad importante en la construcción de

volantes por medio de este tipo de materiales compuestos.

En la figura que aparece a continuación se puede apreciar la posible posición

que ocuparían éstos dispositivos en la subestación de tracción.

Figura 27: Localización del volante de inercia en la Subestación. Fuente [LAFO10]

MEMORIA 69



5.4 Devolución a la red

Indudablemente, desde el punto de vista de la eficiencia energética es más

apropiado devolver a la Red la energía regenerada que almacenarla, ya que el

rendimiento asociado a los distintos procesos que se derivan de la acumulación

de energía obviamente difiere de la unidad.

Figura 28: Proceso de devolución de energía a la red. Fuente: CAF

A la hora de devolver la energía regenerada a la Red se presentan diversos

problemas, que son el principal motivo de que se haya retrasado el desarrollo y

aplicación de ésta innovación:

1.- La tecnología existente debe permitir la devolución a la Red, y si no lo

permite, será necesario instalar equipos específicos destinados a ese fin. En los

apartados 5.4.1 y 5.4.2 se detallan los dispositivos necesarios en cada caso, en

función del tipo de corriente que circula por la catenaria (corriente continua o

corriente alterna).

2.- Además de que sea técnicamente posible devolver esa energía, deben existir

sistemas de medida que la contabilicen y gestionen, así como elementos que

puedan proporcionar una alternativa en caso de que la Red no pueda asimilar

esa energía como los mencionados en apartados anteriores (acumuladores,

reostatos u otros elementos del sistema ferroviario)

MEMORIA 70



A la hora de devolver la energía regenerada a la Red pública es necesario

distinguir entre dos tipos de subestaciones existentes.

5.4.1 Subestaciones de corriente alterna

En principio no existe ningún impedimento para que se produzca la devolución a

la red a través de subestaciones de corriente alterna. Se podría decir que este

tipo de subestaciones son de por sí reversibles. En el caso de la Línea de Alta

Velocidad de Madrid – Barcelona, actualmente ya se está devolviendo a la red.

Los beneficios de la regeneración se traducen en un menor consumo, es decir, si

gasto 100 y regenero 5, la compañía permite que sólo se le paguen 95.

Se baraja órdenes de magnitud de ahorro anual entre un 5 y un 20 % en éste tipo

de líneas (normalmente se trata de Alta Velocidad)

El principal problema es que la mayoría de las líneas no se alimentan en

corriente alterna.

5.4.2 Subestaciones de corriente continua

Una de las diferencias fundamentales con respecto a las subestaciones de

corriente alterna es el puente de diodos rectificador situado tras el

transformador reductor. Se encarga de realizar el cambio de corriente alterna

proveniente de la red a corriente continua con la que se alimenta la catenaria.

Además de ser de considerable potencia están refrigerados por radiadores de

calor de aluminio. Éste dispositivo sólo admite la circulación de corriente en un

solo sentido, aguas abajo. Por consiguiente, para que las subestaciones de

corriente continua sean reversibles es necesario instalar equipos de inversores

de cuatro cuadrantes, cuyo dimensionamiento estará relacionado con el

volumen de energía que esté previsto recuperar.

MEMORIA 71



En la figura a continuación aparece representado en color negro el esquema

eléctrico de una subestación de corriente continua no reversible, y en color

verde la instalación de equipos necesaria para que la subestación pueda

devolver parte de la energía regenerada a la Red de abastecimiento.

Figura 29: Esquema Subestación de Corriente Continua con Inversor. Fuente: Elaboración Propia

El inversor de cuatro cuadrantes se encarga de “inyectar” corriente alterna en

el lado de baja del transformador de potencia, a partir de la energía en

corriente continua procedente del tren. En caso de que no resulte interesante o

posible la devolución a la red, sería conveniente disponer de un sistema de

acumulación que dote al sistema de cierto margen de maniobra.

CAPÍTULO 2. CASO PRÁCTICO

CASO PRÁCTICO 73



1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

El caso práctico se ha dividido en dos partes.

En la primera se analizan 6 modelos con diferentes inclinaciones y número de

paradas para comprobar cómo afectan estas características de la línea al

porcentaje de energía que se puede regenerar.

En la segunda se estudia en detalle un escenario real en el que se han

incorporado los elementos que posibilitan la recuperación de energía.

Por tanto, el objetivo del Caso es determinar qué tipo de sistemas son más

favorables a la regeneración y presentan un mayor potencial de mejora de

eficiencia.

Para lograr éste objetivo existen dos opciones:

1.- Instalar los equipos y dispositivos necesarios en función de cada sistema

ferroviario concreto y tras la puesta en servicio realizar las medidas pertinentes

para registrar el balance energético, flujos de energía, niveles de tensión,

corrientes, esfuerzos, perturbaciones, etc.

2.- Realizar simulaciones. Presentan un cierto margen de error, pero es la única

manera de poder realizar una valoración, teniendo una idea aproximada de

cómo van a afectar los cambios antes de llevar a cabo la inversión en

infraestructura.

Tras estudiar los diferentes simuladores existentes y analizar el estado del arte,

se ha optado por emplear un software desarrollado para una empresa privada,

aplicado en diferentes proyectos nacionales e internacionales con reconocido

éxito.

CASO PRÁCTICO 74



1.1 Ecuación del movimiento del tren

Cuando aparece una fuerza neta longitudinal F (resultante de la resistencia al

avance, de la fuerza gravitatoria y de las fuerzas de tracción y frenado) sobre un

tren (cuya masa es M) el tren cambia su velocidad, y lo hace de acuerdo con la

segunda ley de Newton o principio fundamental de la dinámica:

aMF ×=

Si F se expresa de daN, M en toneladas y a en 2sm , al despejar la aceleración

se obtiene:

210×=MFa

Si la fuerza neta sobre el tren es positiva, entonces el tren aumenta su

velocidad, pues la aceleración resulta mayor que 0; mientras que si la fuerza

neta es negativa (porque la tracción es menor que la resistencia al avance o

porque la fuerza del freno es mayor que la fuerza de la gravedad en la bajada)

entonces la aceleración es negativa y el tren disminuye su velocidad.

Si además tenemos en cuenta los esfuerzos de tracción o de freno, la resistencia

al avance, las fuerzas gravitatorias y el efecto de las masas giratorias, la

ecuación final que define la aceleración del tren como consecuencia de la

acción de las diferentes fuerzas que intervienen mientras avanza por el trazado

propuesto sería:

CASO PRÁCTICO 75



Donde:

- La fuerza de tracción (Ft) es incompatible con la fuerza del freno

(Ff), y la fuerza de la pendiente de valor p es incompatible con la

fuerza de la rampa de valor r.

- M es la masa del tren, expresada en toneladas (t)

- V es la velocidad del tren, expresada normalmente en kilómetros

por hora (km/h).

- A, B y C son coeficientes que dependen de las características físicas

del material rodante, que se miden, respectivamente, en [daN],

[daN/(km/h)] y [daN/(km/h)2].

- giM es la masa del conjunto giratorio, en t

- ir es el radio de inercia polar del conjunto, en m

- iR es el radio de las ruedas motrices, en m.

A partir de la aceleración se puede obtener el trabajo (W) o esfuerzo realizado

por el tren, teniendo en cuenta que:

Integrando a cada segundo la fuerza por el desplazamiento en ese periodo de

tiempo, el trabajo resultante será:

CASO PRÁCTICO 76



Para obtener los kWh consumidos o regenerados, a partir del trabajo (Julios)

sólo hay que emplear la siguiente relación:

En la figura que aparece a continuación se describen en detalle las fuerzas

longitudinales que actúan sobre el tren clasificadas entre las que tienden a

favorecer el movimiento del tren y las que tienden a retenerlo.

Tabla 3: Resumen de fuerzas longitudinales que actúan sobre el tren. Fuente [GARC10]

CASO PRÁCTICO 77



2 MODELOS TEÓRICOS

El propósito de la simulación y análisis de los seis escenarios que aparecen a

continuación es el de reconocer qué variables afectan a la cantidad de energía

que puede regenerar un sistema; como pueden ser el número de paradas y su

localización, la pendiente equivalente, los cambios de nivel, etc.

Para ello se han utilizado 6 modelos con un perfil geométrico simplificado para

facilitar los cálculos y poder comparar unos con otros de una manera más

sencilla. No obstante, en el apartado 3 de este Caso Práctico sí se ha abordado

un sistema real con un perfil geométrico complejo.

2.1 Modelo 1

La longitud total del recorrido en los seis modelos es de 200 km.

En este caso se han dispuesto 5 estaciones, en las que todos los trenes realizan

una parada de medio minuto.

La separación entre estaciones es de 50 km.

El tramo es completamente recto, es decir, no existen ni curvas ni desniveles.

El perfil del modelo 1 queda representado en la siguiente figura:

Figura 30: Modelo 1. Esquema de Perfil. Fuente: Elaboración Propia

CASO PRÁCTICO 78



En el diagrama a continuación aparecen representadas la velocidad (km/h) y la

energía (kWh) generada o consumida en función del punto kilométrico que en el

que se encuentra el tren.

MODELO 1 - DIAGRAMA DE POTENCIAS

-12000

0

12000

0 50 100 150 200

PK

km/h, kWh

Velocidad (km/h) Energía Generada (kWh) Energía consumida (kWh)

Figura 31: Modelo 1. Diagrama de Potencias. Fuente: Elaboración Propia

Como se puede observar, los intervalos de mayor energía consumida de manera

constante se encuentran después de cada estación, ya que al ser un trazado

completamente recto, en cuanto el tren alcanza su velocidad objetivo,

prácticamente sólo consume la energía demandada por los servicios auxiliares.

Del mismo modo, los intervalos en los que se genera mayor cantidad de energía

se localizan pocos kilómetros antes de cada estación, zona en la cual el tren

recurre al frenado regenerativo para disminuir su velocidad.

Se consume una energía total de 2785 kWh y se generan 1194 kWh.

CASO PRÁCTICO 79



Estos resultados se han obtenido a partir del “esfuerzo en llanta” y por tanto es

necesario aplicar factor de rendimiento tanto en el consumo como en la energía

regenerada para conocer la energía en catenaria, que es donde resulta

interesante para poder calcular el Porcentaje Energía Regenerada, en éste caso

un 32,15%

2.2 Modelo 2




El tramo es completamente recto, es decir, no existen ni curvas ni desniveles.


Figura 32: Modelo 2. Esquema de perfil. Fuente: Elaboración Propia




CASO PRÁCTICO 80




-12000

0

12000

0 50 100 150 200

PK

km/h, kWh



Como puede observarse, el hecho de reducir la distancia entre paradas a la

mitad ha influido de una manera determinante en el porcentaje de energía

regenerada con respeto a la consumida.

Se han consumido un total de 4942 kWh y se han generado 2381 kWh. Tras

aplicar el factor de rendimiento tanto en el consumo como en la energía

regenerada para conocer su valor en catenaria, el Porcentaje Energía

Regenerada con respecto a la consumida es, en este caso del 36,14%

CASO PRÁCTICO 81



2.3 Modelo 3




El tramo se divide en dos zonas claramente diferenciadas. Los 100 primeros

kilómetros presentan una pendiente positiva (subida) constante de 5 milésimas y

los 100 siguientes una pendiente negativa constante de 5 milésimas,

comenzando y terminando en la misma cota.






CASO PRÁCTICO 82




-12000

0

12000

0 50 100 150 200

PK

km/h, kWh







Si lo comparamos con el modelo 1, se ha producido un aumento en la energía

regenerada, pero también en el consumo necesario para superar la pendiente en

el primer tramo del recorrido, por lo que el balance final es similar.

CASO PRÁCTICO 83



2.4 Modelo 4




El tramo se divide en dos zonas claramente diferenciadas. Los 100 primeros

kilómetros presentan una pendiente positiva (subida) constante de 10 milésimas

y los 100 siguientes una pendiente negativa constante de 10 milésimas,

comenzando y terminando en la misma cota.






CASO PRÁCTICO 84




-12000

0

12000

0 50 100 150 200

PK

km/h, kWh







En este caso puede resultar útil la comparación con los modelos 1 y 3, ya que el

número de paradas es el mismo y sólo ha variado la pendiente. Como es lógico

al aumentar la pendiente aumenta también la energía consumida y recuperada,

pero el porcentaje de energía regenerada con respecto a la consumida se reduce

a medida que aumenta la pendiente. Esto sucede porque en ninguno de los

escenarios se ha alcanzado la pendiente de equilibrio (del orden del 13% para

éste tipo de tren), a partir de la cual, el sumatorio de fuerzas acelerantes

supera al de fuerzas de frenado y es necesario que el tren realice un esfuerzo de

CASO PRÁCTICO 85



frenado de manera constante. Resulta razonable pensar que a medida que se

supere esa pendiente de equilibrio el porcentaje de energía recuperada vaya en

aumento.

2.5 Modelo 5




El perfil se divide en cuatro zonas claramente diferenciadas. Los 50 primeros

kilómetros presentan una pendiente positiva (subida) constante de 5 milésimas y

los 50 siguientes una pendiente negativa constante de 5 milésimas, se repite el

mismo esquema para en los 100 km siguientes, por tanto, el escenario comienza

y termina en la misma cota.






CASO PRÁCTICO 86




-12000

0

12000

0 50 100 150 200

PK

km/h, kWh







Puede resultar interesante comparar este modelo con el modelo 3, ya que

ambos presentan la misma pendiente durante la misma distancia, aunque en

este caso existan más cambios de nivel. Como puede observarse, el porcentaje

de energía regenerada ha aumentado un 0,07%, por lo que no se puede

considerar que el cambio sea muy significativo.

CASO PRÁCTICO 87



2.6 Modelo 6




El perfil se divide en cuatro zonas claramente diferenciadas. Los 50 primeros

kilómetros presentan una pendiente positiva (subida) constante de 10 milésimas

y los 50 siguientes una pendiente negativa constante de 10 milésimas, se repite

el mismo esquema para en los 100 km siguientes, por tanto, el escenario

comienza y termina en la misma cota.






CASO PRÁCTICO 88




-12000

0

12000

0 50 100 150 200

PK

km/h, kWh



Porcentaje Energía Regenerada: 34,82 %





Resulta lógico comparar este modelo con el modelo 4, ya que ambos presentan

la misma pendiente durante la misma distancia, aunque en este caso el perfil

cuenta con el doble de cambios de nivel. Como puede observarse, el porcentaje

de energía regenerada es superior en un 5,6% en este modelo.

La conclusión que puede extraerse es la siguiente: El aumento en el número de

cambios de nivel unido a una pendiente más pronunciada sí suponen una mejora

en el potencial o capacidad de regenerar energía de la línea.

CASO PRÁCTICO 89



3 SIMULACIÓN DE UN SISTEMA REAL

En este apartado se estudia en detalle qué sucede en una línea de ferrocarril

real durante de un año, en la que se tienen trenes circulando con distintos

horarios y realizando diferentes paradas, con el objetivo de determinar de qué

manera afecta el nivel de explotación al porcentaje de energía recuperable y

qué tipo de sistemas son más indicados para incorporar la tecnología por

presentar un mayor potencial de mejora de eficiencia.

3.1 Descripción del escenario

A continuación se definen los parámetros de la línea ferroviaria con la que se va

a trabajar, de manera que el escenario quede perfectamente definido.

3.1.1 Perfil geométrico

El trazado tiene una longitud total de 450 km.

3.1.1.1 Pendientes, y curvas

Para conocer en detalle los desniveles y curvas que recorrerán los trenes al

circular por el recorrido, ver Anexo 1.

CASO PRÁCTICO 90



Figura 42: Perfil geométrico. Fuente: Elaboración Propia

3.1.1.2 Estaciones

El escenario está compuesto por 5 estaciones:

Figura 43: Estaciones. Fuente: Elaboración Propia

La situación exacta de cada una de ellas se puede apreciar en la siguiente tabla:

CASO PRÁCTICO 91



Denominación: Punto Kilométrico A 00+000 B 80+000 C 120+000 D 190+000 E 450+000

Tabla 4: Situación de las estaciones. Fuente: Elaboración Propia

3.1.1.3 Configuración de paradas

Se han contemplado 5 configuraciones de paradas posibles, ya que no tienen por

qué parar todos los trenes en todas las paradas.

• Tren Tipo 1: Con parada en las estaciones A-B-C-D-E

• Tren Tipo 2: Con parada en las estaciones A-B-D-E

• Tren Tipo 3: Con parada en las estaciones A-B-D

• Tren Tipo 4: Con parada en las estaciones A-B-C

• Tren Tipo 5: Con parada en las estaciones A-B

3.1.2 Perfil eléctrico

El sistema de tracción eléctrica elegido ha sido el de 2x25 kV, AC, 60 Hz

Tensiones en el sistema:

• Tensión nominal: es la tensión declarada para el sistema, en el caso del

estudio el valor es de 25.000 V.

• Tensión permanente máxima, Umax1: es el valor máximo de la tensión

susceptible de estar presente indefinidamente, para el sistema en estudio

el valor es 27.500 V.

CASO PRÁCTICO 92



• Tensión no permanente máxima, Umax2: es el valor máximo de la

tensión susceptible de estar presente durante cinco minutos como

máximo, en la red estudiada es de 29.000 V.

• Tensión permanente mínima, Umin1: es el valor mínimo de la tensión

susceptible de estar presente indefinidamente. El valor para la línea es de

19.000V.

3.1.2.1 Catenaria

Las características de la línea aérea de contacto son:

CONDUCTOR SECCIÓN MATERIAL OBSERVACIONES Hilo de contacto 150 Cobre-Magnesio Hilo sustentador 95 Cobre Cable de retorno 110 Aluminio-acero LA110 Feeder negativo 280 Aluminio-acero LA280 Sin feeder positivo Carril UIC 60

Tabla 5: Conductores de la Línea Aérea de Contacto. Fuente: Elaboración Propia

3.1.2.2 Subestaciones y Centros de Autotransformación

Para que los trenes reciban la energía eléctrica necesaria a través de catenaria,

se han de instalar puntos de inyección de energía a lo largo de la línea de

ferrocarril.

La localización de las seis subestaciones ha quedado de la siguiente manera:

CASO PRÁCTICO 93



Denominación: Punto Kilométrico SE_1 30+000 SE_2 90+000 SE_3 180+000 SE_4 250+000 SE_5 340+000 SE_6 420+000

Tabla 6: Situación de las Subestaciones. Fuente: Elaboración Propia

Como el sistema de alimentación propuesto es el 2x25 kV, además de las

subestaciones se colocarán centros de autotransformación cada 10 km para

mantener el nivel de tensión de catenaria dentro de los límites citados al

comienzo de éste apartado.

3.1.3 Material móvil

El material rodante queda definido a partir de los siguientes parámetros:

• Peso de la composición.

• Longitud de la composición.

• Coeficiente de masas.

• Velocidad y aceleración máximas.

• Jerk máximo.

• Potencia de servicios auxiliares.

• Tensiones mínima, máxima y nominal de funcionamiento: 19, 29 y 27,5

kV respectivamente.

• Aceleración mínima en tracción.

• Modelo de conducción: Se ha escogido el modelo de conducción rápida.

En éste el tren intenta ir a la máxima velocidad posible, únicamente

limitada por las características de la vía y el material.

CASO PRÁCTICO 94



• Modelo de esfuerzo resistente. La fuerza resistente es del tipo

Fr=a+bv+cv2 donde v es la velocidad del tren y a, b y c son coeficientes

facilitados por el fabricante del material rodante.

• Modelo de tracción eléctrica. Para cada velocidad se introducen las

curvas de esfuerzo tractor – velocidad e intensidad – velocidad, a tensión

nominal y para cada régimen de funcionamiento de las locomotoras. En

cada caso se tiene en cuenta el tipo de control existente. Cuando el tren

está en régimen de tracción, el programa escoge la curva de esfuerzo e

intensidad o el régimen de potencia más adecuada al tipo de marcha de

forma que los movimientos de los trenes y sus consumos son los más

cercanos a la realidad.

Debido a las características del trazado propuesto, se ha escogido un modelo de

tren de Alta Velocidad.

• Peso de cada unidad:

- Tren vacío en orden de marcha: 319 t.

- Tren cargado: 357 t.

• Velocidad máxima: 320 km/h

- Resistencia al avance:

r(daN/t)=2,837+0.0476V+.0005V2

• Potencia:

- Unidad simple: 8.800 kW

- Unidad doble: 17.600 kW

• Factor de Potencia > 0,95

• Curvas características del tren:

CASO PRÁCTICO 95



y = 0.0005x2 + 0.0476x + 2.8369

‐250

‐200

‐150

‐100

‐50

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Traction 100%

Traction 75%

Traction 50%

Regen. Brake 100%

Regen. Brake 75%

Regen. Brake 50%

Rheost. Brake 100%

Rheost. Brake 50%

‐35 ‰

+0 ‰

+10 ‰

+20 ‰

+25 ‰

+35 ‰

Polinómica (+0 ‰)

Effort [kN]

Speed [KPH]

Figura 44: Diagrama Esfuerzo- Velocidad. Fuente: Talgo

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

I [A] 100% trac, 25 kV

I [A] 100% trac, 22,5 kV

I [A] 100% trac, 29,5 kV

Speed [KPH]

Current [A]

Figura 45: Diagrama Corriente- Velocidad. Fuente: Talgo

CASO PRÁCTICO 96



0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

a ‐ trac 100%

a ‐ trac 75%

a ‐ trac 50%

Speed [KPH]

Acceleration [m

/s2 ]

Figura 46: Diagrama Aceleración- Velocidad. Fuente: Talgo

CASO PRÁCTICO 97



3.1.4 Matriz de impedancias

Para la realización de los cálculos eléctricos es necesario obtener la matriz de

impedancias del sistema, la obtención de ésta se ha realizado considerando las

siguientes expresiones:

Impedancia propia por unidad de longitud:

EhhAhh ZZZ +=

Donde:

- ZA: Impedancia interna: 4102 4 r

A jRZ µω ⋅⋅⋅+= −

- R: resistencia en corriente continua

- ω: pulsación ( f⋅⋅π2 )

- µr: permeabilidad relativa

- ZEhh: impedancia externa

- Que se puede determinar bien por la fórmula de Carson:

( )hhhhh

Ehh XjRr

jZ ∆⋅+∆+⋅⋅⋅⋅= − 22ln102 4ω

- donde:

- ∆Rhh y ∆Xhh son factores de corrección.

O bien por las ecuaciones de Carson – Clem:

CASO PRÁCTICO 98



rDejfZ Ehh ln1021099,0 43 ⋅⋅⋅+⋅⋅= −− ω

donde:

- De: distancia equivalente del retorno por tierra

- r: radio del conductor

Impedancia mutua por unidad de longitud:

Se calculará por la fórmula de Carson – Clem para el caso de distancias entre

conductores pequeña:

hkhk d

DejfZ ln1021099,0 43 ⋅⋅⋅+⋅⋅= −− ω

donde:

- dhk: distancia entre los conductores h y k

O, para casos de distancias mayores, por la fórmula de exacta de Carson – Clem:

( )hkhkhk

hkEhk XR

dDjZ ∆+∆+⋅⋅⋅= − 2ln102 4ω

Mediante la aplicación de las fórmulas anteriormente expuestas, obtenemos la

siguiente matriz de impedancias:

CASO PRÁCTICO 99



R I R I R I R I R I

Positivo vía 1 0,129 0,391 0,051 0,220 0,052 0,242 0,047 0,197 0,048 0,213Positivo vía 2 0,051 0,220 0,129 0,391 0,047 0,197 0,052 0,242 0,048 0,213Negativo vía 1 0,052 0,242 0,047 0,197 0,178 0,584 0,045 0,182 0,044 0,206Negativo vía 2 0,047 0,197 0,052 0,242 0,045 0,182 0,178 0,584 0,044 0,206Retorno 0,048 0,213 0,048 0,213 0,044 0,206 0,044 0,206 0,067 0,278

Positivo vía 1 1,848 -4,156 -0,466 0,760 -0,393 0,664 -0,030 0,208 -0,758 1,945Positivo vía 2 -0,466 0,760 1,848 -4,156 -0,030 0,208 -0,393 0,664 -0,758 1,945Negativo vía 1 -0,393 0,664 -0,030 0,208 0,804 -2,209 0,008 0,070 -0,304 0,898Negativo vía 2 -0,030 0,208 -0,393 0,664 0,008 0,070 0,804 -2,209 -0,304 0,898Retorno -0,758 1,945 -0,758 1,945 -0,304 0,898 -0,304 0,898 2,484 -7,665

Matriz impedancias reducida (Ω/km)

Posi

tivo

vía

1

Posi

tivo

vía

2

Neg

ativ

o ví

a 1

Neg

ativ

o ví

a 2

Ret

orno

Matriz de admitancias reducida (S/km)

Tabla 7: Matriz de impedancias reducida. Fuente: Elaboración Propia

Y el equivalente de Thevenin resultante es:

R IZeq Positivo 1 0,0893 0,2009Zeq Positivo 2 0,0893 0,2009Zeq Negativo 1 0,1454 0,3997Zeq Negativo 2 0,1454 0,3997Zeq retorno 0,0383 0,1181

CalculadaEquivalente Thevenin

Tabla 8: Equivalente de Thevenin. Fuente: Elaboración Propia

CASO PRÁCTICO 100



3.2 Escenarios simulados

Se han simulado tres escenarios con distintos niveles de explotación para un

mismo trazado, con objeto de conocer cómo afectan las variaciones en los

regímenes de explotación a la capacidad de regenerar energía del sistema.

3.2.1 Escenario 1

3.2.1.1 Descripción del escenario

En este escenario se han lanzado trenes cada 5 minutos entre las estaciones A y

B, la mitad de ellos en composición¹ simple y la mitad en composición doble.

Entre las estaciones B y D, se han lanzado trenes cada 15 minutos, la mitad de

ellos en composición simple y la mitad en composición doble.

Entre las estaciones D y E, se han lanzado trenes cada 20 minutos, todos ellos en

composición simple.

¹Composición: El número de unidades de vehículo que componen un tren. La

simple está compuesta por un solo vehículo y la doble por dos vehículos unidos.

3.2.1.2 Resultados obtenidos

En la tabla que aparece a continuación se detalla la energía importada y

exportada por cada tipo de tren y por el resto de servicios de la infraestructura

(estaciones, talleres, servicios auxiliares…)

CASO PRÁCTICO 101



Demanda para el movimiento y auxiliares de los trenes

Tren Tipo 1: Con parada en las estaciones A-B-C-D-EComposición simple 87.731.937 2.931.304Composición doble 0 0Tren Tipo 2: Con parada en las estaciones A-B-D-EComposición simple 88.114.971 2.895.749Composición doble 0 0Tren Tipo 3: Con parada en las estaciones A-B-DComposición simple 70.035.332 2.338.357Composición doble 7.007.714 251.223Tren Tipo 4: Con parada en las estaciones A-B-CComposición simple 18.936.481 719.966Composición doble 0 0Tren Tipo 5: Con parada en las estaciones A-BComposición simple 864.748 30.300Composición doble 63.457.241 2.371.039TOTAL movimiento de trenes 336.148.424 11.537.939

Demanda de consumos auxiliares de la infraestructura 28.318.632

Demanda total Estaciones 38.000.000

Demanda total Talleres 9.395.000

Demanda total Puestos de mando y oficinas 50.000

TOTAL demandas del resto de servicios. 75.763.632

TOTAL (kWh/año) 411.912.056 11.537.939

TOTAL sin freno regenerativo 434.987.934 0

Porcentaje de energía regen. respecto a la demandada total 5,60%

Porcentaje de energía regen. respecto a la demandada para el mov. de los trenes 6,86%

Energía Importada (kWh)

Energía Exportada (kWh)

ESCENARIO 1Energía Importada =

Energía pantografo - 0,5 * energía regen + energia

SSAA * 1,03 (kWh)

Energía Exportada = 0,5 * energía

regenerada (kWh)

Tabla 9: Escenario 1. Balance energético global. Fuente: Elaboración Propia

Se ha supuesto que la mitad de la energía recuperada se devuelve a la Red

pública y la otra mitad es consumida por el sistema (tracción de otros trenes,

servicios de la infraestructura, etc.)

CASO PRÁCTICO 102



Como puede verse, se requieren un total de 435 GWh al año que se reducen a

412 GWh al año si se dispone de dispositivos de recuperación.

A continuación se muestra el detalle de los consumos individuales de cada tren,

que han servido como base para obtener los resultados anteriormente

comentados.

Tren Tipo 1:Comp. Doble 7.102 12.410 88.132.345 2.457.180 472 5.862.608Comp. Simple 13.338 0 0 0 955 0Tren Tipo 2:Comp. Doble 7.130 12.410 88.479.825 2.457.180 467 5.791.499Comp. Simple 13.384 0 0 0 943 0Tren Tipo 3:Comp. Doble 2.867 23.569 67.567.112 4.666.579 198 4.676.713Comp. Simple 5.393 1.251 6.748.508 495.562 402 502.445Tren Tipo 4:Comp. Doble 1.380 12.410 17.125.552 2.457.180 116 1.439.932Comp. Simple 2.609 0 0 0 235 0Tren Tipo 5:Comp. Doble 1.226 626 767.439 123.893 97 60.601Comp. Simple 2.313 24.194 55.959.918 9.580.935 196 4.742.079

324.780.699 22.238.509 23.075.878

Consumo por cada tren

(kWh/trenOD)

Nº de trenes al año (en ambos

sentidos)

Consumo Total (Consumo por

tren x Nº trenes año)

Energia auxliares en

parado (kWh)

Energía elec. regenerada por

cada tren (kWh/trenOD)

Energía elec. regenerada

total (kWh)

Tabla 10: Escenario 1. Consumos individuales de cada tren. Fuente: Elaboración Propia

CASO PRÁCTICO 103



3.2.2 Escenario 2

3.2.2.1 Descripción del escenario

En este escenario se han mantenido las frecuencias de lanzamiento de trenes

desde las estaciones, pero ahora el 75% de las unidades circulan en composición

doble en todos los tramos.

3.2.2.2 Resultados obtenidos

En la tabla que aparece a continuación se detalla la energía importada y

exportada por cada tipo de tren y por el resto de servicios de la infraestructura

(estaciones, talleres, servicios auxiliares…) para éste segundo escenario en el

que el se ha previsto un mayor nivel de explotación de la línea.

CASO PRÁCTICO 104



Demanda para el movimiento y auxiliares de los trenes

Tren Tipo 1: Con parada en las estaciones A-B-C-D-EComposición simple 0 0Composición doble 164.655.384 5.926.023Tren Tipo 2: Con parada en las estaciones A-B-D-EComposición simple 0 0Composición doble 165.301.324 5.854.045Tren Tipo 3: Con parada en las estaciones A-B-DComposición simple 35.017.636 1.169.177Composición doble 72.997.555 2.616.921Tren Tipo 4: Con parada en las estaciones A-B-CComposición simple 18.936.481 719.966Composición doble 0 0Tren Tipo 5: Con parada en las estaciones A-BComposición simple 0 0Composición doble 65.098.392 2.432.360TOTAL movimiento de trenes 522.006.773 18.718.493

Demanda de consumos auxiliares de la infraestructura 28.318.632

Demanda total Estaciones 41.800.000

Demanda total Talleres 12.683.250

Demanda total Puestos de mando y oficinas 50.000

TOTAL demandas del resto de servicios. 82.851.882

TOTAL (kWh/año) 604.858.655 18.718.493

TOTAL sin freno regenerativo 642.295.640 0

Porcentaje de energía regen. respecto a la demandada total 6,19%

Porcentaje de energía regen. respecto a la demandada para el mov. de los trenes 7,17%

Energía Importada (kWh)

Energía Exportada (kWh)

ESCENARIO 2Energía Importada =

Energía pantografo - 0,5 * energía regen + energia

SSAA * 1,03 (kWh)

Energía Exportada = 0,5 * energía

regenerada (kWh)

Tabla 11: Escenario 2. Balance energético global. Fuente: Elaboración Propia

Al igual que en el escenario1, se ha supuesto que la mitad de la energía

recuperada se devuelve a la Red pública y la otra mitad es consumida por el

sistema.

CASO PRÁCTICO 105



Se requieren un total de 642 GWh al año que se reducen a 604 GWh al año si se

dispone de dispositivos de recuperación.

A continuación se muestra el detalle de los consumos individuales de cada tren,

que han servido como base para obtener los resultados anteriormente

comentados.

Tren Tipo 1:Comp. Doble 7.102 0 0 0 472 0Comp. Simple 13.338 12.410 165.519.616 4.914.360 955 11.852.046Tren Tipo 2:Comp. Doble 7.130 0 0 0 467 0Comp. Simple 13.384 12.410 166.093.579 4.914.360 943 11.708.090Tren Tipo 3:Comp. Doble 2.867 11.784 33.783.527 2.333.287 198 2.338.355Comp. Simple 5.393 13.036 70.297.467 5.162.145 402 5.233.842Tren Tipo 4:Comp. Doble 1.380 12.410 17.125.552 2.457.180 116 1.439.932Comp. Simple 2.609 0 0 0 235 0Tren Tipo 5:Comp. Doble 1.226 0 0 0 97 0Comp. Simple 2.313 24.820 57.407.171 9.828.720 196 4.864.720

510.226.911 29.610.053 37.436.985

Consumo Total (Consumo por

tren x Nº trenes año)

Energia auxliares en

parado (kWh)

Energía elec. regenerada por

cada tren (kWh/trenOD)

Energía elec. regenerada

total (kWh)

Consumo por cada tren

(kWh/trenOD)

Nº de trenes al año (en ambos

sentidos)

Tabla 12: Escenario 2. Consumos individuales de cada tren. Fuente: Elaboración Propia

Como se ha podido comprobar, en el escenario 2 la proporción de energía

regenerada respecto a la consumida es superior a la del escenario 1, debido

principalmente a que el nivel de explotación del primer escenario es menor ya

que al haber menor tráfico de trenes disminuye la posibilidad de acelerar unos

trenes en el momento en que otros están frenando.

CASO PRÁCTICO 106



3.3 Aprovechamiento en función de la tecnología disponible.

Tanto la potencia instalada como la energía demandada por el sistema, se verán

afectadas en función de los dispositivos de recuperación de energía con los que

cuente el sistema.

La casuística del problema se puede dividir en cuatro situaciones principales, en

función de las posibilidades de aprovechamiento de energía disponibles.

3.3.1 El material móvil no incorpora freno regenerativo

El hecho de que los trenes no cuenten con freno regenerativo supondría que

toda la energía de frenado se disipe y no se recupere. En el caso del Escenario1,

sin este tipo de freno el sistema tendría que demandar de la Red Pública un

5,6% más de energía al año, lo que supone un total de 23076 MWh es decir, más

de 5000 toneladas de CO2 de emisión como resultado de la generación de esa

energía que se está desperdiciando. En el escenario2 el ahorro energético es aún

mayor.

Si el empleo de esta técnica reduce o suaviza la magnitud de los picos de

demanda, la potencia instalada en las subestaciones podría ser inferior. Por

tanto, además del ahorro en el consumo energético, también es conveniente

evaluar un posible ahorro en gastos de instalación que tampoco estaríamos

aprovechando.

CASO PRÁCTICO 107



3.3.2 Existe freno regenerativo, pero no subestaciones reversibles

La incorporación del freno regenerativo, como era de esperar, supone una

reducción directa en el consumo energético de los ambos escenarios, ya que en

las mismas condiciones de servicio se necesita demandar menos energía.

Al demandar menos cantidad de energía de la red pública, la potencia instalada

en las subestaciones encargadas de alimentar la línea de ferrocarril también

podría reducirse.

3.3.3 Existe freno regenerativo y es posible la devolución de energía

a la red

Si además existe la posibilidad de devolver energía a la red (a través de

subestaciones reversibles), la energía total demandada se vería reducida aún

más que en el caso anterior, ya que esa devolución se traduce en un menor

consumo. Tomando como ejemplo el Escenario 2, la energía total consumida sin

freno regenerativo serían 642,3 GWh/año, si se recuperan 37,44 GWh/año de los

cuales el sistema es capaz de absorber la mitad y la otra mitad es devuelta a la

red, el ahorro en energía consumida es del 6,19%.

La potencia instalada en este caso sería la misma que para el apartado 3.3.2.

3.3.4 El sistema cuenta con dispositivos de acumulación, frenado

regenerativo y permite la devolución de energía a la red.

Uno de los objetivos de la incorportación de acumuladores es el de suavizar los

picos de consumo, empleando la energía acumulada para cubrir parte de la

potencia demandada en ese tipo de situaciones.

CASO PRÁCTICO 108



La energía total demandada quizá aumente ligeramente con respecto al caso

anterior, debido principalmente a las pérdidas que puedan aparecer durante el

acumulativo reduciendo el rendimiento global del sistema.

Es conveniente señalar que el hecho de poder escoger el momento en el que se

emplea la energía recuperada, dentro sus limitaciones claro está, ofrece cierta

capacidad de maniobra a la hora de su venta, ya que el precio del MWh varía en

función del instante y el día en el que se realice la venta. Por consiguiente, a

pesar de que el rendimiento sea inferior, quizá el coste global asociado al

consumo energético también lo sea.

CAPÍTULO 3. CONCLUSIONES

CONCLUSIONES 110



1 CONCLUSIONES

En este apartado se exponen las principales conclusiones, ideas y propuestas

obtenidas como resultado de la realización del presente proyecto.

1.1 Conclusiones en relación a la Memoria Descriptiva

Dentro del sector del transporte, cada vez tienen más peso las líneas de

actuación que apuntan en la dirección de la sostenibilidad, es decir, medidas a

favor de la mejora de la eficiencia de los procesos que redunden a su vez en una

reducción de la contaminación y las emisiones.

En nuestro país, el potencial de energía regenerable asciende a 600 GWh al año.

En el caso del ferrocarril, la incorporación de sistemas de recuperación de

energía parece ser una medida factible de optimizar el consumo.

Por supuesto, existen ciertas complicaciones técnicas derivadas de la

regeneración, como puede ser la gestión y control de esa energía que se está

generando y la inversión necesaria para adaptar los diferentes sistemas de

tracción ferroviaria.

Además puede darse el caso de que aparezcan “picos” de generación en los que

la red eléctrica es incapaz de absorber toda la energía que se está regenerando.

Para solucionar los problemas anteriormente citados, puede resultar

conveniente incorporar dispositivos de acumulación de energía que ayuden a

mejorar la estabilidad y robustez del sistema. Existen dos emplazamientos

posibles para estos acumuladores; pueden ir alojados en el tren, o situados en

tierra, en las subestaciones.

Indudablemente, desde el punto de vista de la eficiencia energética es más

apropiado devolver a la Red la energía regenerada que almacenarla, ya que el

CONCLUSIONES 111



rendimiento asociado a los distintos procesos que se derivan de la acumulación

de energía obviamente difiere de la unidad.

Para poder devolver energía eléctrica a la red pública un requisito indispensable

es que las subestaciones de alimentación sean reversibles. En el caso de las

subestaciones de corriente alterna no existen impedimentos importantes para su

reversibilidad, pero en la de corriente continua, el puente de diodos rectificador

que incorporan implica que sea necesario añadir a la instalación un equipo

inversor de una potencia determinada, que conecte la catenaria con el

secundario del transformador, en paralelo con el rectificador.

1.2 Conclusiones en relación al Caso Práctico

Tras realizar las simulaciones y analizar los resultados obtenidos en los dos

apartados de este caso práctico, se desprenden las siguientes conclusiones:

Uno de los principales factores que determinan el potencial de recuperación de

energía de un escenario ferroviario es el número de paradas. Cuanto menor sea

la distancia media entre estaciones, el nivel de aprovechamiento será mayor.

Los cambios de nivel y las pendientes negativas pronunciadas también afectan

de manera positiva a la cantidad de energía recuperable en un trayecto.

Si en algún tramo del recorrido se supera la pendiente equivalente (a partir de

la cual, el sumatorio de fuerzas acelerantes supera al de fuerzas de frenado)

esto supondría que el tren debe realizar un esfuerzo de frenado constante para

evitar que el tren supere el límite de velocidad establecido, por lo tanto, a

medida que, en un determinado trazado, el número de kilómetros con éstas

características aumente, el porcentaje de energía recuperada con respecto a la

consumida también irá en aumento y la incorporación de dispositivos de

recuperación de energía en la línea tendrá cada vez más sentido.

CONCLUSIONES 112



Cuanto mayor sea el nivel de explotación, o lo que es lo mismo, a medida que el

tráfico de trenes circulantes en un mismo sentido vaya en aumento, más se

favorecerá la recuperación de energía.

En líneas ferroviarias con un comportamiento similar al de los Cercanías puede

resultar muy aconsejable adaptar la infraestructura para devolver energía a la

red pública, ya que se trata de sistemas ferroviarios cuyas estaciones están

próximas, pero no lo suficiente como para garantizar que la mayor parte de la

energía que se está regenerando sea consumida en ese mismo instante por otros

trenes durante su tracción.

CAPÍTULO 4. BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA 114



BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS

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[REDE09] Real Decreto 1011/2009, de 19 de junio, por el que se regula la

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CAPÍTULO 5. ANEXOS

ANEXOS 118



1 DATOS EMPLEADOS EN EL CASO PRÁCTICO

1.1 Datos geométricos

1.1.1 Perfil

VIA PK Inicio PK Fin DistanciaPendiente

(0/00) Altitud 1 1.04 6.37 5.33 0.00 276.26 1 6.37 8.14 1.77 4.63 276.26 1 8.14 16.04 7.90 -14.31 284.46 1 16.04 19.29 3.25 17.29 171.41 1 19.29 28.04 8.75 -10.88 227.60 1 28.04 33.95 5.92 6.83 132.40 1 33.95 39.09 5.14 -13.77 172.80 1 39.09 52.58 13.50 10.13 102.09 1 52.58 59.43 6.85 -9.33 238.80 1 59.43 62.08 2.65 -4.86 174.89 1 62.08 67.88 5.80 -7.53 162.01 1 67.88 70.58 2.70 -12.12 118.33 1 70.58 75.96 5.38 -5.10 85.61 1 75.96 76.71 0.75 10.00 58.17 1 76.71 77.27 0.56 -7.82 65.67 1 77.27 78.36 1.09 -25.61 61.29 1 78.36 80.40 2.04 0.00 33.38 1 80.40 81.14 0.74 3.38 33.38 1 81.14 81.69 0.56 1.21 35.87 1 81.69 83.09 1.40 -1.09 36.54 1 83.09 85.61 2.53 2.06 35.02 1 85.61 86.54 0.93 6.95 40.22 1 86.54 87.26 0.72 -10.09 46.69 1 87.26 87.81 0.55 -3.13 39.42 1 87.81 88.21 0.39 8.09 37.70 1 88.21 89.81 1.61 -5.37 40.90 1 89.81 90.54 0.72 0.24 32.28 1 90.54 90.96 0.42 -0.77 32.45 1 90.96 91.53 0.57 4.24 32.12 1 91.53 92.36 0.83 1.51 34.54 1 92.36 92.91 0.55 -2.02 35.79

ANEXOS 119




(0/00) Altitud 1 92.91 93.41 0.50 1.03 34.68 1 93.41 94.28 0.87 -1.01 35.20 1 94.28 94.80 0.52 1.60 34.32 1 94.80 95.31 0.51 -6.50 35.15 1 95.31 96.11 0.80 -7.68 31.84 1 96.11 96.51 0.40 19.77 25.70 1 96.51 97.41 0.90 3.00 33.61 1 97.41 97.82 0.41 -23.74 36.31 1 97.82 98.46 0.64 2.16 26.58 1 98.46 99.04 0.58 -1.01 27.96 1 99.04 99.69 0.65 0.93 27.38 1 99.69 100.40 0.71 -1.47 27.98 1 100.40 100.81 0.41 1.65 26.94 1 100.81 102.02 1.22 -2.01 27.61 1 102.02 102.85 0.83 -3.59 25.17 1 102.85 103.29 0.44 -6.20 22.21 1 103.29 103.86 0.58 -3.70 19.48 1 103.86 104.34 0.47 1.13 17.36 1 104.34 104.76 0.42 -3.57 17.89 1 104.76 105.72 0.96 1.81 16.37 1 105.72 106.64 0.92 -1.79 18.11 1 106.64 107.20 0.55 1.84 16.45 1 107.20 108.31 1.12 -3.61 17.48 1 108.31 109.19 0.88 -4.39 13.45 1 109.19 109.59 0.40 24.79 9.61 1 109.59 112.24 2.65 -3.36 19.53 1 112.24 113.41 1.18 11.16 10.62 1 113.41 115.76 2.35 3.76 23.73 1 115.76 116.79 1.03 -13.70 32.57 1 116.79 117.54 0.75 -3.00 18.50 1 117.54 118.53 1.00 -7.62 16.26 1 118.53 123.84 5.30 3.00 8.67 1 123.84 132.99 9.15 -0.09 24.59 1 132.99 135.09 2.10 1.35 23.77 1 135.09 137.22 2.13 -3.79 26.60 1 137.22 141.78 4.56 0.71 18.53 1 141.78 144.35 2.57 -2.85 21.77 1 144.35 151.58 7.22 0.12 14.43 1 151.58 162.26 10.68 0.55 15.29 1 162.26 165.46 3.20 -2.02 21.17 1 165.46 167.36 1.90 5.48 14.70 1 167.36 169.26 1.90 -6.14 25.12

ANEXOS 120




(0/00) Altitud 1 169.26 176.92 7.66 0.48 13.45 1 176.92 181.64 4.72 0.93 17.13 1 181.64 184.84 3.20 -0.55 21.52 1 184.84 196.74 11.90 0.12 19.76 1 196.74 200.14 3.40 -1.02 21.18 1 200.14 205.24 5.10 2.19 17.72 1 205.24 208.11 2.88 3.01 28.89 1 208.11 214.84 6.73 -3.01 37.54 1 214.84 220.24 5.40 7.69 17.30 1 220.24 225.99 5.75 3.23 58.82 1 225.99 228.24 2.25 -9.59 77.40 1 228.24 233.79 5.55 3.26 55.82 1 233.79 238.84 5.05 29.88 73.91 1 238.84 246.55 7.71 3.92 224.81 1 246.55 258.85 12.30 5.15 255.03 1 258.85 261.16 2.32 12.94 318.37 1 261.16 265.84 4.68 5.57 348.33 1 265.84 268.75 2.91 2.87 374.37 1 268.75 270.25 1.50 19.32 382.72 1 270.25 274.05 3.80 8.54 411.70 1 274.05 277.15 3.10 4.50 444.15 1 277.15 281.05 3.90 11.52 458.10 1 281.05 286.05 5.00 8.78 503.03 1 286.05 291.44 5.39 9.12 546.93 1 291.44 296.50 5.07 5.36 596.09 1 296.50 299.99 3.49 33.95 623.24 1 299.99 302.69 2.70 2.03 741.55 1 302.69 306.78 4.09 12.95 747.04 1 306.78 319.59 12.81 1.81 799.94 1 319.59 324.72 5.13 -9.04 823.13 1 324.72 332.74 8.02 10.12 776.75 1 332.74 338.09 5.35 16.55 857.92 1 338.09 340.61 2.52 -5.97 946.46 1 340.61 344.34 3.73 2.73 931.42 1 344.34 347.74 3.40 -8.89 941.60 1 347.74 350.24 2.50 -2.76 911.37 1 350.24 355.18 4.94 3.19 904.47 1 355.18 357.17 1.99 10.61 920.25 1 357.17 358.64 1.47 -3.38 941.31 1 358.64 361.04 2.40 -12.44 936.34 1 361.04 365.74 4.70 -5.73 906.48 1 365.74 367.84 2.10 8.59 879.55

ANEXOS 121




(0/00) Altitud 1 367.84 373.64 5.80 0.19 897.59 1 373.64 376.04 2.40 6.84 898.69 1 376.04 378.64 2.60 -14.12 915.11 1 378.64 381.14 2.50 1.93 878.40 1 381.14 390.21 9.07 -4.47 883.22 1 390.21 394.04 3.83 -9.75 842.68 1 394.04 396.84 2.80 -2.57 805.34 1 396.84 404.82 7.98 -6.32 798.14 1 404.82 406.91 2.10 -2.38 747.71 1 406.91 409.74 2.82 -3.83 742.72 1 409.74 411.54 1.80 2.86 731.90 1 411.54 413.69 2.15 -0.51 737.05 1 413.69 417.76 4.07 -7.97 735.95 1 417.76 419.89 2.13 -3.57 703.51 1 419.89 427.24 7.35 -0.80 695.91 1 427.24 430.31 3.07 5.75 690.03 1 430.31 431.84 1.53 -9.59 707.68 1 431.84 434.14 2.30 5.15 693.01 1 434.14 436.74 2.60 -1.69 704.86 1 436.74 437.84 1.10 14.68 700.46 1 437.84 439.51 1.67 2.15 716.61 1 439.51 442.71 3.20 -5.00 720.20 1 442.71 444.81 2.10 -1.63 704.20 1 444.81 445.61 0.80 -6.27 700.78 1 445.61 446.36 0.75 12.07 695.76 1 446.36 448.60 2.24 -20.00 704.81 1 448.60 450.25 1.65 0.00 660.01

ANEXOS 122



1.1.2 Planta

VIA PK Inicio PK Fin Distancia Radio 1 0.00 3.14 3.14 ∞ 1 3.14 3.75 0.61 -1 000.001 3.75 7.21 3.46 ∞

1 7.21 9.43 2.23 -12

000.00 1 9.43 14.31 4.88 ∞ 1 14.31 17.30 2.99 10 000.00 1 17.30 22.19 4.90 ∞ 1 22.19 31.49 9.30 6 700.00 1 31.49 39.62 8.13 ∞ 1 39.62 46.98 7.36 7 200.00 1 46.98 47.09 0.12 ∞ 1 47.09 63.25 16.16 -6 250.001 63.25 67.19 3.94 ∞ 1 67.19 71.38 4.19 5 000.00 1 71.38 75.05 3.67 ∞ 1 75.05 76.50 1.45 6 000.00 1 76.50 76.86 0.36 ∞ 1 76.86 77.67 0.80 550.00 1 77.67 80.10 2.44 ∞ 1 80.10 80.68 0.58 550.00 1 80.68 80.87 0.19 ∞ 1 80.87 81.41 0.53 -1 000.001 81.41 83.72 2.31 ∞ 1 83.72 84.85 1.13 8 000.00 1 84.85 87.53 2.68 ∞ 1 87.53 88.91 1.38 -7 000.001 88.91 94.46 5.55 ∞ 1 94.46 96.38 1.92 5 000.00 1 96.38 99.11 2.73 ∞ 1 99.11 101.11 2.00 -5 000.001 101.11 108.87 7.76 ∞ 1 108.87 109.89 1.02 -2 500.001 109.89 109.96 0.06 ∞ 1 109.96 111.09 1.13 2 500.00 1 111.09 111.67 0.58 ∞ 1 111.67 113.91 2.25 -5 500.001 113.91 115.00 1.09 ∞ 1 115.00 119.35 4.34 4 250.00

ANEXOS 123



VIA PK Inicio PK Fin Distancia Radio 1 119.35 120.51 1.17 ∞ 1 120.51 124.69 4.18 -8 000.001 124.69 128.13 3.43 ∞ 1 128.13 130.10 1.97 8 000.00 1 130.10 131.67 1.57 ∞ 1 131.67 133.64 1.98 20 000.00 1 133.64 137.87 4.23 ∞

1 137.87 139.76 1.89 -10

000.00 1 139.76 144.90 5.14 ∞ 1 144.90 147.34 2.44 30 000.00 1 147.34 161.74 14.40 ∞ 1 161.74 165.01 3.26 10 000.00 1 165.01 172.82 7.81 ∞ 1 172.82 174.95 2.13 8 000.00 1 174.95 178.32 3.37 ∞

1 178.32 185.72 7.40 -10

000.00 1 185.72 186.91 1.19 ∞

1 186.91 188.42 1.51 -10

000.00 1 188.42 193.07 4.66 ∞ 1 193.07 199.56 6.49 12 000.00 1 199.56 211.28 11.72 ∞ 1 211.28 214.56 3.27 -8 000.001 214.56 215.94 1.39 ∞ 1 215.94 224.47 8.53 7 500.00 1 224.47 228.88 4.41 ∞ 1 228.88 232.86 3.97 30 000.00 1 232.86 234.46 1.61 ∞ 1 234.46 239.99 5.53 -7 500.001 239.99 242.28 2.29 ∞

1 242.28 244.11 1.83 -10

000.00 1 244.11 248.25 4.14 ∞ 1 248.25 254.50 6.26 8 000.00 1 254.50 271.32 16.82 ∞ 1 271.32 273.48 2.16 30 000.00 1 273.48 286.55 13.06 ∞ 1 286.55 292.81 6.27 -7 500.001 292.81 297.57 4.76 ∞ 1 297.57 301.34 3.77 8 000.00 1 301.34 304.71 3.37 ∞ 1 304.71 312.01 7.31 -7 500.00

ANEXOS 124



VIA PK Inicio PK Fin Distancia Radio 1 312.01 318.16 6.15 ∞ 1 318.16 324.14 5.98 8 000.00 1 324.14 325.84 1.70 ∞ 1 325.84 330.32 4.48 -7 500.001 330.32 332.08 1.76 ∞ 1 332.08 335.28 3.20 8 000.00 1 335.28 338.63 3.35 ∞

1 338.63 340.19 1.57 -20

000.00 1 340.19 346.47 6.28 ∞

1 346.47 348.99 2.52 -10

000.00 1 348.99 367.16 18.16 ∞

1 367.16 372.33 5.17 -10

000.00 1 372.33 377.46 5.13 ∞ 1 377.46 380.03 2.57 -7 500.001 380.03 381.59 1.56 ∞ 1 381.59 385.81 4.22 7 000.00 1 385.81 386.12 0.31 ∞ 1 386.12 389.28 3.17 -7 000.001 389.28 390.80 1.52 ∞ 1 390.80 393.23 2.43 10 000.00 1 393.23 397.40 4.17 ∞ 1 397.40 402.96 5.56 -8 000.001 402.96 403.83 0.88 ∞ 1 403.83 409.39 5.55 7 500.00 1 409.39 412.62 3.24 ∞ 1 412.62 418.31 5.69 11 000.00 1 418.31 422.73 4.42 ∞ 1 422.73 426.92 4.19 10 000.00 1 426.92 429.35 2.43 ∞

1 429.35 431.29 1.94 -10

000.00 1 431.29 432.49 1.20 ∞ 1 432.49 434.66 2.17 2 500.00 1 434.66 434.78 0.12 ∞

1 434.78 436.60 1.83 -10

000.00 1 436.60 438.43 1.83 ∞ 1 438.43 440.69 2.25 -3 000.001 440.69 443.26 2.57 ∞

1 443.26 446.62 3.36 -20

000.00

ANEXOS 125



VIA PK Inicio PK Fin Distancia Radio 1 446.62 447.27 0.65 -7 500.001 447.27 448.19 0.92 ∞ 1 448.19 448.59 0.41 550.00 1 448.59 450.25 1.66 ∞

ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA … · simulado diferentes escenarios posteriormente se...

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