El envío de señales adecuadas

El envío de señales adecuadas

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 65)
Por John Couts

Con un recorrido de 57 km por debajo de los Alpes y completado un año antes de la fecha planeada, el nuevo túnel de base de San Gotardo, en Suiza, es el túnel ferroviario más largo y profundo jamás construido. El innovador sistema de señalización de Thales es la clave para obtener el máximo rendimiento de esta construcción de valor estratégico vital.

A lo largo de la historia, los Alpes han constituido un obstáculo natural para la movilidad humana. Se trata de una cordillera rocosa, bonita y en algunos lugares impenetrables que se extiende a lo largo de más de 1.000 km en pleno corazón de Europa.

Una nueva generación de túneles está desafiando la supremacía de los Alpes y redibujando el mapa de Europa durante el proceso. San Gotardo, el túnel ferroviario transalpino más reciente y largo, es la pieza central de un ambicioso programa para promover la movilidad ferroviaria en Suiza, reduciendo el tráfico por carretera para proteger el entorno alpino. El túnel fue construido por AlpTransit Gotthard AG, una filial de Ferrocarriles Federales Suizos (SBB), por encargo del gobierno federal suizo.

Potencia de señal

Los sistemas avanzados de señalización ferroviaria están desempeñando un papel vital en la consecución del sueño del transporte alpino de alta velocidad. Como asociado y contratista principal del consorcio Transtec Gotthard, Thales firmó un contrato de 2 millones de francos suizos por la instalación de tecnología ferroviaria el 29 de abril de 2008. Thales no solo proveyó el director general de proyectos del consorcio, sino que también aportó personal para funciones clave como la gestión RAMS (fiabilidad, disponibilidad, sostenibilidad y seguridad).

“El rol de Thales fue el de suministrar el sistema general de señalización del túnel de San Gotardo” explica Danis Laroche, vicepresidente, desarrollo empresarial, Thales. “Se trata de un sistema electrónico que controla los trenes y garantiza la seguridad en las operaciones”.

La señalización empleada en San Gotardo es ETCS-nivel 2 (sistema de control ferroviario europeo), la cual utiliza enlaces radiofónicos para conectar los trenes con el sistema de señalización. Esto hace posible que los trenes circulen de manera segura a velocidades de hasta 250 km/h. El ETCS-nivel 2 es una solución ya probada con una larga trayectoria registrada: Thales instaló el mismo sistema en el túnel hermano del de San Gotardo, el túnel de base de Lötschberg inaugurado en 2007.

Quizá sorprenda el hecho de que no hay absolutamente ninguna señal en el interior del túnel de San Gotardo. Los maquinistas reciben toda la información que necesitan en una pantalla de señalización en la cabina. Esto es esencial, ya que las señales ferroviarias tradicionales no se pueden ver adecuadamente a altas velocidades.

“La circulación de trenes de capacidad considerable a altas velocidades a través de un túnel es algo muy delicado” dice el Dr. Alfred Veider, vicepresidente de estrategia y política de producto para la señalización de líneas de larga distancia. “Un sistema de control de trenes del más alto nivel es absolutamente obligatorio”.

Además de prestar servicio en viajes de mayor velocidad y cubrir las necesidades de hasta 200 trenes diarios, ETCS está diseñado para permitir viajes sin fronteras a través de Europa, sin necesidad de cambiar locomotoras para adaptar diferentes sistemas de control de trenes.

“Suiza fue uno de los primeros países en adoptar el sistema ETCS y su red de líneas de larga distancia es una referencia para el mundo entero” apunta Laroche. “San Gotardo se encuentra en el corazón del sistema ferroviario europeo y forma parte del corredor de transporte entre Rotterdam y Génova, en Italia, así que este proyecto es vital no solo para Suiza, sino también para Europa.”

El túnel promete transportes de mercancías más rápidos y ecológicos, además de drásticas mejoras en los tiempos de viajes de pasajeros. La nueva conexión de alta velocidad reducirá el tiempo de viaje entre Zúrich y Milán aproximadamente a tres horas, unos 40 minutos menos que el viaje más rápido en este tramo en la actualidad.

El cableado aéreo suministra 15.000 voltios proporcionando a los trenes fuerza de tracción.

Los sistemas avanzados de señalización ferroviaria están desempeñando un papel vital en la consecución del sueño del transporte alpino de alta velocidad.

Suiza fue uno de los primeros países en adoptar el sistema ETCS.

Trabajar en el túnel ferroviario más largo del mundo conlleva una serie de desafíos especiales propios.

Empezando desde el principio

La construcción de un túnel ferroviario no es tarea fácil. En el caso de San Gotardo hay dos túneles paralelos o “tubos” para poder gestionar el tráfico en las dos direcciones. La excavación y el revestimiento de los túneles a 2.300 metros bajo el macizo de San Gotardo llevaron más de una década. El trabajo de transformación de estos tubos revestidos de hormigón en una vía ferroviaria de alta velocidad, el sistema de alimentación energética y la señalización fueron llevados a cabo por Transtec Gotthard, el consorcio responsable de la realización del proyecto. Thales desempeñó un papel activo en la gestión del consorcio.

Al comienzo, “la integración de manera efectiva de las diferentes culturas e intereses de los socios del consorcio para el bien del proyecto supuso un gran desafío” afirma Kurt Sauerwein, director administrativo de Thales Rail Signalling Solutions. Para satisfacer los desafiantes requerimientos de una señalización a intervalos de tres minutos con tráfico mixto de hasta 250 km/h, Thales desarrolló varias funciones nuevas que permiten que el ETCS-nivel 2, un centro de bloqueo por radio (RCB), cuatro sistemas de enclavamiento y el puesto de control de tráfico centralizado (CTC) interactúen estrechamente.

Entonces, ¿cómo se aborda la tarea de convertir un túnel vacío en una vía ferroviaria de alto rendimiento? “El primer paso consiste en proveer instalaciones temporales”, explica Peter Huber, director general de proyectos en Transtec Gotthard. “Se necesitan una fuente de energía de 50 Hz, alumbrado, un sistema de telecomunicación y un sistema de acondicionamiento de aire. Todo esto lo instalamos al principio.”

El sistema de acondicionamiento de aire puede sonar como un lujo en un túnel ferroviario. Sin embargo, el trabajo hubiera sido imposible sin él. El calor generado por las abrumadoras cantidades de roca puede generar temperaturas sofocantes de hasta 46 º C. El sistema de acondicionamiento de aire y la ventilación ayudaron a mantener la temperatura en torno a unos 29 º C más soportables. Primero se instaló la vía y a continuación la catenaria, el cableado aéreo que proporciona 15.000 voltios de fuerza de tracción a los trenes. Aunque muchos de los componentes son grandes y pesados, todos se colocaron cuidadosamente con tolerancias medidas en fracciones de milímetro. El equipo de señalización se instaló cuando se hubo completado el trabajo pesado de colocación de la vía.

Movimiento subterráneo

Trabajar en el túnel ferroviario más largo del mundo conlleva una serie de desafíos especiales propios. El mero hecho de conseguir trabajar es uno de ellos. “La logística es extremadamente compleja en proyectos como este” dice Laroche. “Lleva mucho tiempo que la gente sea capaz de trabajar en mitad de un túnel y por ello el transporte tiene que estar organizado a la perfección.
Caminar hasta el lugar de trabajo no era una opción (se necesitan más de 11 horas para llegar desde una punta del túnel hasta la otra), por lo que se proporcionaron trenes temporales.

Para Verena Tschirner, coordinadora adjunta de puesta en servicio en Thales, el día normal de trabajo empezaba con un viaje en tren hasta el corazón de la montaña. “Usábamos un tren especial para llegar al centro del túnel, lo que duraba unos 50 minutos. Todos los trabajadores viajaban en este tren y volvían en el mismo por la tarde”.

Con más de 780 personas realizando trabajos diferentes en el túnel y alrededor del mismo en el momento cumbre del proyecto, una cuidadosa coordinación y planificación eran vitales. “La señalización fue la última pieza del puzzle”, dice Tschirner. “Antes de poder instalarla, todas las demás piezas, como los sistemas de radio y alimentación energética, tienen que estar en su sitio. El trabajo en equipo y una buena comunicación son esenciales. Mi trabajo era organizar todas las interacciones con Transtec para asegurar que podíamos crear una planificación perfecta”.

Este enfoque colaborativo adoptado por los miembros del consorcio ha aportado grandes beneficios. “A pesar de la complejidad del programa, conseguimos producir exitosamente todo el sistema ferroviario para el túnel incluyendo el sistema de señalización de Thales, un año antes de lo previsto,” dice Huber.

“Todo esto solo fue posible gracias a un equipo altamente motivado” añade Sauerwein. Desde el inicio trabajamos de manera transparente como “un solo Thales” con nuestros colegas en Alemania (RBC, contadores de ejes), Austria (sistema de enclavamiento ELEKTRA) y Portugal (señalización segura y red de datos)”.

Plug and play (conectar y actuar)

Dos factores ayudaron a la fluida puesta en marcha del sistema de señalización del túnel. Primero, el ETCS requiere menos infraestructura a pie de vía que los sistemas convencionales, ya que no se necesita ninguna señal. Segundo, se realizó una gran cantidad de trabajo preparatorio antes de la puesta en marcha. “Ya llevábamos 6 años con el proyecto cuando comenzamos a trabajar presencialmente a finales de 2013, así que íbamos muy por delante” dice Leif Leopold, director general de proyectos en Thales.

Las pruebas en laboratorio fueron una parte crucial del trabajo: nuestra solución para la señalización conecta diferentes sistemas que son vitales y que tienen que funcionar juntos a la perfección. “Las pruebas se llevaron a cabo en nuestro laboratorio especializado situado en Zúrich durante un periodo de cuatro años”, explica Leopold. “Esto nos permitió simular el funcionamiento del nuevo enlace ferroviario cuando el túnel todavía se estaba construyendo”.

Situar el laboratorio de pruebas en Suiza contribuyó al éxito del proyecto. Según Leopold “esto genera confianza y favorece la buena relación con el cliente. Además, se produjeron muy pocos cambios en nuestro equipo base durante los 8 años que duró el proyecto; mantener a los mismo expertos juntos es muy importante.”

Los sistemas de señalización como el ETCS-nivel 2 están diseñados para guiar y controlar los trenes, mantener la distancia de seguridad y prevenir maniobras conflictivas. Sin embargo, en túneles muy largos, la hermeticidad del entorno hace que se necesite algo adicional para proteger a los pasajeros en caso de emergencia. En el caso del túnel de San Gotardo, la solución consistió en instalar un sistema automático de emergencia en túneles. Si se detecta fuego, por ejemplo, el sistema se activa en cuestión de segundos iniciando un procedimiento de evacuación inteligente que tiene en cuenta el estado del tráfico y la localización exacta del peligro. “Los algoritmos del sistema calculan el mejor sistema de evacuación de modo mucho más rápido que un ser humano” dice Leopold.

Los avances tecnológicos de este tipo recalcan en qué medida la señalización se está convirtiendo en foco de innovación. La seguridad del túnel es un ejemplo. Las mejoras en las prestaciones son otro. La integración de los sistemas de gestión de señalización y tráfico, por ejemplo, permiten a los operadores predecir y resolver conflictos en el tráfico mucho antes de que estos causen alguna perturbación.

“La gestión del tráfico posibilita que la red se aproveche al máximo cada día”, dice Veider. “Esto supone un nuevo valor añadido para los operadores y Thales está muy bien posicionada en este campo”.

El camino a seguir

Los avances previstos para el futuro prometen incluso mayores mejoras en la eficiencia. El ETCS-nivel 3, nuevo salto evolutivo en la señalización ferroviaria, introducirá la tecnología de “señalización por secciones móviles” en la líneas de larga distancia permitiendo a los operadores hacer circular varios trenes por una misma vía. Para ello, los trenes tendrán que ser capaces de determinar su propia posición sin la ayuda de infraestructura a pie de vía.

Thales está comprometida con el ETCS-nivel 3 y está implicada activamente en el desarrollo del modelo estándar. Los conocimientos del grupo tanto en materia de señalización como en el ámbito aeroespacial son un punto diferenciador: entre las tecnologías que están siendo evaluadas se encuentran el posicionamiento por satélite y los sistemas de navegación inercial. Ya se ha utilizado con éxito un sistema inercial de medida TopAxyz de Thales para recoger datos de posicionamiento dentro del túnel de San Gotardo.

Además de aumentar las prestaciones, la introducción del ETCS-nivel 3 acelerará probablemente el ritmo de automatización. La Operación Automática del Tren (ATO), por ejemplo, se ha utilizado en sistemas de metro durante más de 30 años, pero rara vez en líneas de larga distancia. Esto podría cambiar ahora.

“El ETCS-nivel 3 está sentando las bases para la realización de las operaciones ferroviarias mediante un sistema de mandos electrónicos” dice Veider. “En cuanto se tiene un enlace de radio con los trenes, existen muchas más posibilidades para el sistema ATO o incluso para trenes autónomos que circulen mediante enlace de radio. Y con el ETCS, el enlace de radio ya está ahí”.

Señalización sin fronteras

El ETCS (sistema de control ferroviario europeo) es una tecnología estandarizada de señalización y control de trenes que permite a los mismos realizar viajes trasfronterizos sin necesidad de cambiar de locomotora.

Extensión global del ETCS

  • Más de 80.000 km de la red mundial de ferrocarril están ya equipados con el ETCS, o su equipamiento está planificado. En 2010 eran solo 40.000 km.
  • 10.000 vehículos ferroviarios de todo el mundo se encuentran ahora equipados para el funcionamiento con el ETCS.
  • En Oriente Medio y Asia, el ETCS está instalado en más de 33.000 km de vía en 9 países, incluyendo Arabia Saudí, India y China.
  • El ETCS está emergiendo como el estándar para África, con más de 7.000 km de líneas ETCS en 7 países desde Argelia a Zambia.

Thales y el ETCS

Thales ha guiado la implantación del ETCS desde el mismo principio. La compañía realizó el primer proyecto comercial del ETCS-nivel 1 en el mundo en 1999. También se ocupó de la primera implantación trasfronteriza del ETCS en Europa y del primer sistema ETCS en América.

A día de hoy, las soluciones ETCS de Thales se encuentran en los proyectos ferroviarios más prestigiosos y desafiantes del mundo. Entre ellos están los túneles bajo los Alpes de Lötschberg y San Gotardo en Suiza y el Ferrocarril Norte-Sur en Arabia Saudí a través del desierto deshabitado de An-Nafud.

¿Qué aporta el ETCS?

Los trenes con el sistema ETCS son capaces de operar libremente sobre cualquier vía equipada para ello en cualquier parte del mundo. La señalización en cabina es una parte esencial del ETCS. Esto posibilita no solo deshacerse de las señales convencionales, sino que también permite la circulación segura a velocidades de hasta 500 Km/h. En Europa, más de 40.000 km de vía ETCS se encuentran en funcionamiento en 24 países.

  • ETCS-nivel 1

Esta es la versión básica del ETCS y se puede superponer con facilidad a los sistemas ya existentes en los distintos países. Proporciona protección al tren, supervisión de la velocidad y señalización en cabina.

  • ETCS-nivel 2

El estándar de referencia para líneas de larga distancia y proyectos de señalización en líneas de alta velocidad. Una transmisión continua entre máquina y vía produce mejoras en el rendimiento y hace que la señalización a los lados de la vía no sea necesaria.

  • ETCS-nivel 3

Actualmente en desarrollo, el ETCS-nivel 3 promete un significante aumento de las prestaciones, una mayor reducción de la infraestructura a pie de vía y el potencial de automatizar los trenes.

La señalización en cabina es una parte esencial del ETCS.

El ETCS en el mundo

El ETCS se desarrolló para promover la interoperabilidad a través de los países de Europa, pero ha sido adoptado rápidamente por operadores de todo el mundo, tanto si tienen fronteras que cruzar como si no.

  • Más trenes – El ETCS aumenta la capacidad de las redes ferroviarias existentes en hasta un 40 %.
  • Mejoras en materia de fiabilidad – la comunicación por radio y la reducción de la infraestructura hacen que haya menos margen de error.
  • Mercado de abastecimiento libre – La infraestructura de vía y de a bordo la producen proveedores en un mercado competitivo.
  • Costes de explotación más bajos – La eliminación de infraestructura a pie de vía, incluyendo las señales, abarata los costes de mantenimiento.

¿Por qué se necesita El ETCS?

El control de trenes, que permite a la señalización detener los mismos, se introdujo por primera vez hace más de un siglo. La incompatibilidad de los diversos estándares nacionales de control de trenes es ahora un obstáculo para el tráfico trasnacional a través de Europa.

  • Hoy día existen más de 20 sistemas diferentes de control de trenes en uso en toda Europa.
  • La adaptación de una sola locomotora para que pueda circular en la red de un país vecino puede costar más de 2 millones de euros.

A día de hoy, las soluciones ETCS de Thales se encuentran en los proyectos ferroviarios más prestigiosos y desafiantes del mundo.

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