Mástiles compuestos innovadores buscan reducir costos y aumentar la eficiencia de la electrificación ferroviaria

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May 11, 2024

Mástiles compuestos innovadores buscan reducir costos y aumentar la eficiencia de la electrificación ferroviaria

La consultora de ingeniería Furrer+Frey presentará esta semana sus innovadores mástiles compuestos para la electrificación ferroviaria, que podrían revolucionar la forma en que se lleva a cabo la electrificación ferroviaria.

La consultora de ingeniería Furrer+Frey presentará esta semana sus innovadores mástiles compuestos para la electrificación ferroviaria, que podrían revolucionar la forma en que se lleva a cabo la electrificación ferroviaria.

El desarrollo del mástil reunió a los ingenieros de electrificación del transporte público Furrer+Frey con equipos de las universidades de Cranfield, Southampton y Newcastle y al fabricante de materiales compuestos Prodrive, así como a los desarrolladores de tecnología ferroviaria TruckTrain. El proyecto fue financiado en parte por el Departamento de Transporte (DfT) e Innovate UK a través del concurso First Of A Kind. Los primeros mástiles compuestos se han creado y probado en la estación de alimentación de St Bride, en las afueras de Newport, Gales.

Mientras que un mástil de acero tradicional del mismo tamaño pesa alrededor de 750 kg, los mástiles compuestos pesan alrededor de 80 kg y tienen la misma resistencia. La reducción de peso supone un importante impulso hacia la productividad y la reducción de costes.

Furrer+Frey GB, jefe de proyectos del Reino Unido, Noel Dolphin, dice a NCE: "Si tienes un mástil bien diseñado que necesita una planta más pequeña y liviana que use menos combustible, se puede hacer más rápido para ser más eficiente".

Sin embargo, este es sólo un factor. Dolphin explica: “El peso muerto es sólo una pequeña parte de la carga de un pilote. Es el peso, el viento sobre él, el peso del hielo, la forma en que cuelgan los cables: es todo un sistema. Por eso hemos diseñado un mástil que no sólo es más ligero sino que también tiene una menor resistencia al viento”.

Esto es importante porque significa que los pilotes que los mantienen en su lugar también pueden ser mucho menos profundos.

Después de haber trabajado en la electrificación del Great Western Railway, Dolphin explica la importancia: “La cimentación promedio de pilotes en Great Western terminó siendo de 4,7 m. Entonces tienes el mástil de 6 m de alto y luego tienes que clavar un pilote de acero en el suelo para sostenerlo, que está a unos 5 m bajo tierra. Clavar un pilote de 5 m en el suelo 11.000 veces tiene un coste enorme”. En áreas con condiciones de suelo menos seguras, los pilotes pueden tener una profundidad incluso superior a los 5 m.

"El promedio en Midland Mainline es de 3,7 m, por lo que vamos en la dirección correcta", dice Dolphin.

Los pilotes para los prototipos de mástiles compuestos reducen esa cifra a más de la mitad, con pilotes de sólo 1,25 m de profundidad, el pilote de mástil de electrificación más superficial jamás instalado.

"Si instala un pilote que tiene la mitad de longitud, puede hacer el doble y el precio del pilote real es menor, por lo que todo el sistema es más eficiente".

Pero va más allá de la instalación. Los nuevos pilotes tendrán sensores que informarán cuánto se han doblado o hundido respecto de su posición vertical, para que los ingenieros sepan cuándo es necesario reemplazarlos. Se trata de un sistema mucho más eficiente que el que está actualmente en funcionamiento.

"Hemos trabajado recientemente en Thameside, que es el C2C desde Londres hasta Southend y gran parte de esa ruta es pantanosa", dice Dolphin. “Cada dos años hemos tenido que salir y medir la inclinación de cada estructura, y hay 2300 estructuras en la sección que estamos analizando. Eso significa que alguien sube, mide los ángulos y los escribe en un informe. Sin embargo, de vez en cuando todavía recibes informes de un conductor de que una estructura ha comenzado a inclinarse. Debido al terreno pantanoso, en esa ruta se reemplazan unas 50 estructuras al año.

“Claramente, si puedes tener una estructura que informe periódicamente, obtendrás mucha mejor información y podrás ver su historial, pero además alguien no saldrá. Entonces, si puedes incorporar sensores de bajo costo allí, puedes ahorrar en eso”.

Hasta ahora sólo se han fabricado un puñado de prototipos de mástiles, y dos de ellos ya han sido probados físicamente hasta su destrucción en un laboratorio presionando los voladizos hasta que se doblen. Esto fue para ver si su resistencia real coincidía con lo que se había calculado en los modelos de análisis de elementos finitos de los ingenieros, lo cual hicieron.

Los mástiles de demostración fueron hechos a mano por Prodrive, mejor conocida por trabajar en autos de Fórmula 1. Pero esto es sólo para los prototipos.

"Estas dos demostraciones no provienen de una línea de producción", dice Dolphin. “Todo era material disponible en el mercado, por lo que tuvimos que buscar en todo el Reino Unido y luego en todo el mundo. Algunas partes vinieron de Finlandia, otras de Estados Unidos, sólo para tenerlo listo antes de marzo. Se trata de varios polímeros reforzados con fibra y los refuerzos interiores son de fibra de carbono”.

Cuando lo lleven a una etapa de fabricación en masa, no tendrá fibra de carbono en su interior, lo que presenta otra oportunidad. "El otro objetivo final es que la estructura sea aislante en sí misma", dice Dolphin. "Es otro gran ahorro si se pueden quitar los aisladores de los voladizos de electrificación, ya que son caros en sí mismos".

Network Rail ha mantenido su compromiso durante todo el proyecto y ayudará a trabajar para su implementación en la red. "Network Rail definitivamente tiene un gran interés no sólo en reducir los costos de electrificación ferroviaria, sino también en ser muy visible en la reducción de los costos de electrificación", dice Dolphin. "Está claro que quieren mostrar al DfT y al Tesoro que están trabajando muy duro para reducir costes".

Con ese fin, Ferrer+Frey y Network Rail han financiado conjuntamente un doctorado en estos mástiles, descubriendo cómo progresar. "Tenemos a alguien que se centrará en cómo optimizar la estructura para la fabricación", dice Dolphin.

Y continúa: “Los próximos dos años serán cómo optimizar el diseño con una variedad de fabricantes para hacerlo lo más asequible y barato posible. Las estructuras de fabricación finales tendrán las mismas propiedades, pero deberán fabricarse en masa a un nivel asequible.

“Y luego, al final, con suerte, se implementará en proyectos reales de electrificación”.

Los elevados costos asociados a los proyectos de electrificación ejecutados anteriormente han sacudido la confianza en la puesta en marcha de más proyectos en el pasado. Un informe de Network Rail de 2020 concluyó que sus socios industriales deben “demostrar que la electrificación es útil y asequible” para convencer al gobierno de que financie más proyectos.

El informe del proyecto de Network Rail, elaborado en julio de 2020 y obtenido por NCE a través de una solicitud de libertad de información, admite que existe una falta de confianza del público y del gobierno en los proyectos de electrificación ferroviaria debido a “errores costosos” en el plan Great Western.

El ferrocarril electrificado entre Cardiff y London Paddington finalmente se inauguró en enero de 2020, después de años de retrasos y un aumento sustancial del presupuesto. Inicialmente, la línea estaba prevista para su finalización en 2017 e incluía un presupuesto de 874 millones de libras esterlinas, según lo determinado en 2013. Sin embargo, el plan Great Western se reinició en enero de 2016, y el coste de electrificar la línea aumentó a 2.800 millones de libras esterlinas. Network Rail calcula ahora que el coste final asciende a 5.500 millones de libras esterlinas.

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Rob Hakimian