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Modelización del consumo energético en la explotación ferroviaria

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Si bien el ferrocarril es uno de los medios de transporte más eficientes desde el punto de vista energético, no es menos cierto que las redes ferroviarias son grandes consumidoras de energía, y existe todavía margen de mejora para reducir su consumo energético y así disminuir su impacto ambiental. En el actual marco de cambio climático, con una acuciante necesidad global de limitar la huella de carbono de toda actividad humana, es imprescindible seguir estudiando y optimizando el coste energético del transporte ferroviario.

En este contexto, el estudio del consumo energético, tanto en trenes diésel como eléctricos, debe partir necesariamente de la obtención de datos fiables mediante la monitorización de los vehículos durante su servicio en condiciones reales. De este modo se pueden obtener datos de consumo y correlacionarlos con otras variables tales como la velocidad, la aceleración, el tipo de vía, grado de mantenimiento de la misma, el trazado de la línea, etc. El siguiente paso es la modelización de la dinámica del vehículo y su consumo, bien sea mediante modelos determinísticos o aproximaciones basadas en redes neuronales u otros métodos de regresión, modelos que pueden validarse gracias a los datos reales obtenidos.

Empleando tanto los modelos desarrollados como los datos medidos, será posible estudiar el problema del consumo en diversos sistemas ferroviarios (tranvía, metro, cercanías, regional, alta velocidad, etc.) y evaluar posibles estrategias para mejorar la eficiencia energética.

Responsable científico

Insa Franco Ricardo

Participantes

Martínez Fernández Pablo, Villalba Sanchis Ignacio, Salvador Zuriaga Pablo, Insa Franco Ricardo

Aplicaciones

Monitorización del consumo energético en trenes diésel mediante la instalación de caudalímetros. Monitorización del consumo energético en trenes eléctricos mediante la instalación de equipos de registro de intensidad, voltaje y potencia. Análisis de datos de consumo y correlación con otros factores. Modelización de la dinámica del tren y el consumo asociado mediante modelos deterministas (basados en la ecuación de Davis) y/o redes neuronales. Simulación de marchas ferroviarias y su consumo asociado.

Ventajas técnicas

La implementación de las diferentes aplicaciones expuestas para la medición y modelización del consumo energético en la explotación ferroviaria presenta las siguientes ventajas técnicas:
La obtención de bases de datos de consumo fiables, asociadas a diferentes factores de la explotación (marchas, trazado, etc.)
La identificación de tendencias asociadas al consumo, lo que a su vez permite evaluar e implementar cambios que reduzcan dicho consumo.
Los modelos son herramientas útiles para estudiar y mejorar la eficiencia energética de la explotación ferroviaria, desarrollando nuevos esquemas de conducción eficiente, planificando actuaciones en la infraestructura, etc.

Beneficios que aporta

La monitorización y modelización del consumo energético concederá al operador ferroviario un importante beneficio, al dotarle de datos y herramientas mediante los que evaluar el consumo de sus servicios, identificar posibles mejoras e implementar formas de conducción más eficiente. En última instancia, un servicio más eficiente en términos energéticos permite reducir costes con el consiguiente aumento de la competitividad del servicio.

Experiencia relevante

El Instituto del Transporte y Territorio (ITRAT) centra su actividad en diferentes campos, entre ellos la investigación y transferencia tecnológica en ingeniería ferroviaria. El ITRAT, a través del Grupo de Investigación en Ingeniería Ferroviaria (GIIF) ha participado en varios proyectos de I+D+i tanto de subvención pública como privada, algunos relacionados con el consumo energético del ferrocarril. Más concretamente, el GIIF ha llevado a cabo un proyecto de investigación fundamental enfocado al estudio y análisis del consumo en líneas convencionales de cercanías/regional, líneas de metro y tranvía, y ha participado en otro proyecto enfocado al consumo en mercancías. En el marco de estos proyectos, el GIIF ha llevado a cabo varias campañas de monitorización del consumo, de las que se han obtenido registros de consumo de combustible (caso de trenes diésel) o energía eléctrica consumida, además de registros asociados de posición, velocidad, aceleración, etc. Estas campañas han permitido al GIIF obtener experiencia en el uso de diversos equipos de medición, así como en el posterior tratamiento y análisis de los datos. Por otra parte, en el marco de los mismos proyectos, el GIIF ha desarrollado diferentes modelos que permiten simular el consumo energético en base a la dinámica del tren y la geometría de la vía, modelos tanto deterministas como basados en redes neuronales. Estos modelos permiten calcular el consumo asociado a diferentes formas de conducción y variaciones en el trazado de la línea.