El Centro de Investigación en Ingeniería Mecánica y el Instituto ai2 trabajan en el desarrollo de una catenaria ferroviaria virtual

Publicado el 26 julio, 2018

 

El Centro de Investigación en Ingeniería Mecánica (CIIM) de la UPV y el Instituto ai2 arrancaron recientemente el proyecto VirtualCAT, en el cual están colaborando con el objetivo de contribuir a reducir el coste de la puesta en funcionamiento del sistema de captación de energía de los ferrocarriles.

Los trenes toman la energía eléctrica de la catenaria, esto es, la línea aérea de contacto formada por un conjunto de cables, barras, postes y otras estructuras de soporte. Para ello, utilizan el pantógrafo, que se sitúa en el techo del tren y dispone de unos frotadores que contactan con el cable.

Para poner en marcha ese sistema, cada vez que se hace un tren nuevo ha de pasar muchos ensayos en vía cuyo objetivo es que cumplan la normativa. Para ello, hay que montar un prototipo, hacer circular el tren por la vía, etc. Cualquier cosa que se hace en vías tiene un coste muy elevado, porque hay que alquilar la vía a la empresa explotadora, Adif, en España, por ejemplo”, explica Manuel Tur, investigador del CIIM-UPV. Con el fin de reducir el coste total de la puesta en funcionamiento de los ferrocarriles, VirtualCAT pretende ofrecer una solución para trasladar parte de esos ensayos al laboratorio. Para ello, sustituirán la catenaria por un modelo virtual que, en tiempo real, simula el comportamiento dinámico de un sistema en la vía. Asimismo, utilizarán un accionador que, en función de la fuerza recibida y de los resultados del modelo de catenaria, actualiza la posición del punto de contacto sobre el pantógrafo.

Así, los investigadores de intentarán simular las condiciones del pantógrafo cuando va montado encima del tren en lo que se refiere a velocidad, vibración, temperatura y otras variables. “Para eso, lo que hacemos es cambiar los cables de la catenaria por un actuador vertical, un vástago que funciona como punto de contacto del pantógrafo con el cable de la catenaria. La catenaria tiene una determinada forma y cuando la empujas comienza a vibrar con un determinado movimiento. Lo que queremos es que el accionador vertical se comporte como una catenaria de verdad y para ello necesitamos, primero, simularla correctamente, y luego, un sistema de control para que se mueva conforme queremos”, explica Tur.

Sistema de control

Investigadores del Instituto ai2 serán los encargados de diseñar ese sistema de Control. Antonio Correcher, investigador del Área de Control de Procesos del ai2, explica que “la idea es que el actuador sea una catenaria virtual. Por eso, el algoritmo de control en el que trabajamos trata de conseguir reproducir lo que nos dice el modelo de simulación de la catenaria que tiene el CIIM, basado en modelos matemáticos muy precisos, sobre el pantógrafo de verdad”.

VirtualCAT trabajará por tanto con un sistema “hardware in the loop”: una parte del sistema será simulada (la catenaria) y la otra, real (el pantógrafo).

Simulación en tiempo real

El proyecto, financiado por el MINECO con Fondos Feder, va también en línea de los objetivos marcados para los próximos años por la Agencia Europea del Ferrocarril (ERA), que trabaja en la homologación de estos ensayos en toda la UE para reducir las pruebas en vía y aumentarlas en el laboratorio. Existen diversas universidades de todo el mundo trabajando en esta línea. “Lo que aporta la solución que nosotros proponemos es que podemos conseguir hacer una simulación en tiempo real sin perder precisión en los resultados”, comenta Tur.

VirtualCAT arrancó en enero y tendrá una duración total de tres años. Ahora, los investigadores trabajan en una primera fase, que concluirá con la construcción del banco de ensayos en los laboratorios del Departamento de Mecánica. “Estamos empezando a comprar todos los componentes y creemos que a finales de año podríamos tener el 90% comprados. Luego, adquiriremos el pantógrafo y a partir de ahí empezaremos a validar los modelos y las catenarias”, comenta Tur.

Por su parte, el Instituto ai2 ya ha comenzado con las primeras simulaciones. “Estamos validando el sistema para ver cómo funcionará cuando lleguen los componentes”, explica Correcher.

Las firmas ACS y Talgo ya se han interesado por el proyecto VirtualCAT.


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