Freno combinado con λ =75% y freno eléctrico

Para comprobar las prestaciones conjuntas de los frenos UIC y electrodinámico, se toma como base de partida un porcentaje de frenado UIC del 75%, valor aplicable en España, combinado con un freno eléctrico con el esfuerzo máximo adicional disponible por adherencia de 8.33 kN en cada vagón.

En la Figura 167 se muestra la curva F-V teórico máximo que se puede aplicar con el citado porcentaje de frenado. Por su parte, las Figuras 168 y 169 muestran la evolución global de todos los esfuerzos de frenado.

Figura 167.Composición 1500 metros. Perfil de freno eléctrico máximo

Manuel Lendínez Hurtado 167

Figura 168.Composición 1500 metros. Perfiles de frenado con freno UIC λ=75%

y freno eléctrico máximo. Fuente: elaboración propia.

Figura 169.Composición 1500 metros. Curva total F-t con freno UIC λ=75% y freno eléctrico máximo. Fuente: elaboración propia.

El comportamiento dinámico general de la composición sigue una evolución diferente al caso de aplicar únicamente el freno neumático: así, en lugar de producirse una reducción escalonada de la velocidad, se observa una reducción no homogénea, habiendo incluso aumentos de velocidad bruscos hasta que todos los vagones se estabilizan en régimen de frenado homogéneo (Figura 170).

La evolución general de la composición, no obstante, es homogénea, como demuestra el hecho de que las curvas S-t son iguales en todos los vehículos, desplazadas según la posición inicial de cada uno en la composición (Figura 171).

No sucede lo mismo con los acoplamientos, observándose un comportamiento muy diferente en el caso del primer acoplamiento, de los intermedios y del último, consecuencia de la evolución desigual de las velocidades en la composición, tal y como se muestra en la Figura 172.

168 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)

Figura 170. Composición 1500 metros. Curvas V-t generales con freno UIC λ=75%

y freno eléctrico máximo. Fuente: elaboración propia.

Figura 171. Composición 1500 metros. Curvas S-t generales con freno UIC λ=75%

y freno eléctrico máximo. Fuente: elaboración propia.

La evolución desigual de velocidades y los impactos se traducen en picos de aceleración y sobreaceleración muy elevados, según se puede observar en las Figuras 173 y 174, respectivamente.

Manuel Lendínez Hurtado 169

Nuevamente, es preciso matizar que el comportamiento de los acoplamientos no está contrastado, y, por lo tanto, no es adecuado considerar validadas las evoluciones de la aceleración y la sobreaceleración instantáneas.

Figura 172.Composición 1500 metros. Estiramientos en acoplamientos con freno UIC λ=75%

y freno eléctrico máximo. Fuente: elaboración propia.

Figura 173.Composición 1500 metros. Aceleración instantánea con freno UIC λ=75%

170 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)

Figura 174.Composición 1500 metros. Sobreaceleración instantánea con freno UIC λ=75%

y freno eléctrico máximo. Fuente: elaboración propia.

La evolución de la velocidad en función del tiempo y de la distancia recorrida muestra que la actuación conjunta de ambos frenos consigue detener la composición de 1500 metros de longitud en 36.79 segundos, recorriendo una distancia de 619.8 metros, tal y como se puede observar en las Figuras 175 y 176, respectivamente.

Comparando la prestaciones de frenado obtenidas con los requisitos exigidos por interoperabilidad, se repite la misma situación producida al aprovechar la máxima adherencia únicamente mediante el freno UIC, tanto si se analiza la desaceleración equivalente como si se analiza la distancia de frenado recorrida.

Figura 175.Composición 1500 metros. Curva v-t con freno UIC λ=75%

Manuel Lendínez Hurtado 171

Figura 176.Composición 1500 metros. Curva S-v con freno UIC λ=75%

y freno eléctrico máximo. Fuente: elaboración propia.

Así, en el caso de la desaceleración equivalente, se observa que la misma es manifiestamente insuficiente. Únicamente en el caso de considerar como de aplicación el umbral del 110% asociado a la incertidumbre del modelo se obtiene una desaceleración de 0.618 m/s2_{, muy ligeramente por encima del valor mínimo interoperable de 0.6 m/s}2_.

La distancia de frenado, por el contrario, se mantiene con un amplio margen de seguridad dentro de los límites de interoperabilidad impuestos, aun considerando los límites asociados a la incertidumbre intrínseca del modelo, según pone de manifiesto la Figura 178.

Ante los expuesto, se considera que el esfuerzo combinado propuesto no permite detener la composición según los requisitos de frenado interoperables, al no obtenerse suficiente desaceleración. Los resultados obtenidos muestran que el tiempo de frenado no es lo suficientemente dilatado como para que el freno neumático llegue a alcanzar el máximo esfuerzo teórico antes de que la composición se detenga.

Figura 177.Composición 1500 metros. Desaceleración equivalente con freno UIC λ=75%

172 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)

Figura 178.Composición 1500 metros. Distancia de frenado con freno UIC λ=75%

y freno eléctrico máximo. Fuente: elaboración propia.

Para conseguir la mayor desaceleración necesaria que exige la condición de interoperabilidad, y teniendo en cuenta que el esfuerzo teórico no se puede incrementar en frenadas de emergencia, al estarse aprovechando ya el 100% de la adherencia, es preciso hacer más rápida la actuación del conjunto de freno UIC y eléctrico.

Los tiempos asociados a la transmisión de la orden de frenado UIC dependen de las condiciones constructivas del sistema, así como de las condiciones de fluido y de flujo, por lo cual su modificación no es sencilla, dado que se trata de parámetros físicos y estandarizados. La modificación del esfuerzo aplicado por el freno eléctrico es mucho más sencilla.

En consecuencia, la solución para hacer más rápida la actuación del sistema conjunto de frenado pasa por reducir el esfuerzo aportado por el freno neumático en favor del freno eléctrico, ya que éste tiene una actuación mucho más rápida. En este sentido, se propone como solución teórica reducir el esfuerzo aportado por el freno UIC hasta el porcentaje de frenado mínimo del 65% interoperable, complementando dicho esfuerzo de frenado con el freno eléctrico.