Validación, resultados y diseño conceptual

Para validar el modelo, se dispone de las curvas de velocidad-tiempo y distancia recorrida- tiempo de la locomotora 253 (83), realizadas bajo las siguientes consideraciones:

✓ Una locomotora.

✓ Carga total remolcada de 1000 toneladas. ✓ Rampa de 20 ‰.

✓ Coeficientes de inercia de valor KIL=1.10 y KIV=1.025.

✓ Tres curvas de tracción distinta, con unos valores de esfuerzo tractor máximo de 300, 270 y 260 kN, que se consiguen con sendos coeficientes de adherencia

μ=0.351, μ=0.316 y μ=0.304, respectivamente.

✓ La resistencia al avance se calcula mediante las mismas expresiones desde el arranque.

70 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) En el modelo, se emplean dichas consideraciones y se simulan los tres casos de tracción, según se muestra en las Figuras 32 a 34. La distribución de las 1000 toneladas de carga se realiza a través de 10 vagones de 93 toneladas de carga y 1 vagón con 70 toneladas de carga.

Figura 32. Caso de tracción de 300 kN. Curvas de esfuerzos. Fuente: elaboración propia.

La evaluación de la solidez del modelo se realiza mediante tres criterios: en primer lugar, la exactitud respecto a los valores teóricos en los diferentes puntos de tiempo de los que se tienen valores de velocidad y distancia recorrida; en segundo lugar, la respuesta dinámica general del modelo; finalmente, la sensibilidad frente a cambios en determinados parámetros.

Figura 33. Caso de tracción de 270 kN. Curvas de esfuerzos. Fuente: elaboración propia.

Manuel Lendínez Hurtado 71

Figura 34.Caso de tracción de 260 kN. Curvas de esfuerzos.

Fuente: elaboración propia.

En la fase de validación, se analiza la sensibilidad del modelo frente a cambios en los parámetros básicos del mismo y frente a cambios en el paso temporal, en el orden del algoritmo Runge-Kutta utilizado , en la distribución de la misma carga en un mayor número de vagones y en la aceleración residual, según se muestra en la Tabla 32.

Aparte de lo recogido en dicha Tabla, también se contrasta la influencia del cálculo de la resistencia al avance de la locomotora en el resultado. Así, mientras que todos los análisis anteriores se realizan con las ecuaciones de resistencia al movimiento establecidas, en este análisis de sensibilidad adicional se sustituye la ecuación de resistencia al avance de la locomotora por la expresión experimental:

𝑅𝐿= 100 + 0.8𝑥̇ + 0.03𝑥̇2+ 1000Q. 𝐴𝑅. 𝐾𝐼𝐿. 𝑟é𝑔𝑖𝑚𝑒𝑛 + 9.81𝑖𝑟𝑓Q [4.45]

Parámetro Valor máximo (ud.) Valor mínimo (ud.) Valor por defecto (ud.) K 250 kN/m 10 kN/m 50 kN/m C 65 kNs/m 1625 kNs/m 325 kNs/m

h 1e-2 1e-3 1e-2

Orden Runge-

Kutta RK3 RK2 RK2

Nº vagones 34 11 11

AR 0.01 m/s2 _{0 m/s}2 _{0.01 m/s}2

Tabla 32. Parámetros del modelo probados en fase de validación. Fuente: elaboración propia.

La práctica totalidad de los análisis de sensibilidad llevados a cabo se realizan para los tres casos de tracción. La simulación con el paso temporal h=1e-3 se realiza solamente para el esfuerzo de tracción máximo de 260 kN, debido a que el elevado coste computacional asociado al cálculo con el cálculo más pequeño y al hecho de que la influencia del paso temporal se puede comprobar simulando únicamente dicha curva de tracción.

72 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) Una vez que el modelo está validado, y tras determinarse en las simulaciones de validación si el empleo del algoritmo RK2 con un paso temporal h=1e-2 es suficientemente aproximado o hay que emplear el algoritmo RK3 y/o un paso temporal más pequeño, se realizarán las simulaciones dinámicas en sendas composiciones de 750 y 1500 metros.

Inicialmente, con las simulaciones de tracción se comprobará que el tándem dispone de suficiente capacidad tractora para llevar la composición de mayor capacidad de carga a una velocidad de 95 km/h. A pesar de que, por motivos evidentes, sería suficiente con simular únicamente la tracción de la composición de 1500 metros de longitud, también se realizará la simulación de tracción de la composición de 750 metros. Esto se justifica por el interés en disponer de una mayor información para poder analizar el comportamiento del modelo. Habiéndose comprobado que el tándem dispone de suficiente capacidad de tracción, se realizarán las simulaciones de frenado. De forma análoga al caso de tracción, aunque a priori es innecesario, también se simulará el frenado de la composición de 750 metros, con el objetivo de ampliar la información disponible para evaluar el desempeño del modelo. En la composición de 750 metros únicamente se simulará el freno neumático, mientras que en la composición de 1500 metros, en caso de resultar insuficiente la aplicación exclusiva del freno neumático, se simulará una o varias combinaciones de freno neumático y freno eléctrico en cada vagón, según lo expuesto en los apartados 4.2.3 y 4.2.4.3, hasta obtenerse una combinación que permita detener cumpliendo con las prestaciones de frenado objetivo en términos de desaceleración equivalente y distancia de parada.

Si resulta ser necesaria la implementación de un freno eléctrico, y una vez que se haya llegado a una combinación de frenos válida, caracterizando la potencia necesaria a aportar por el freno eléctrico, se realizará un análisis de viabilidad en el cual se determinará, entre otras cosas, si los requisitos de potencia son o no asumibles desde un punto de vista técnico.

Finalmente, si se considera posible, se propondrá un diseño conceptual para implementar la combinación de freno neumático tradicional y freno eléctrico instalado en cada vagón que permita detener la composición según lo establecido. La solución conceptual, en su caso, supondrá, fundamentalmente, un punto de partida para demostrar que el frenado de la composición de 1500 metros en términos interoperables es técnicamente posible más que una propuesta detallada y/o definitiva.

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