Estudio del comportamiento dinámico de la interacción pantógrafo-catenaria rígida frente a la variación de cota de la instalación

El presente Trabajo Fin de Grado forma parte de un proyecto real llevado a cabo por el departamento de Ingeniería Grafica de la ETSII. Además, servirá de apoyo para futuros estudios gracias a que se ha diseñado una herramienta configurable y aplicable en función de las características de los elementos implicados. Como en todo ámbito de la industria y, sobre todo, en la industria del transporte ferroviario la evolución y la creación de nuevas tecnologías tienen como objetivo principal la mejora de las instalaciones implicadas y el aumento de la seguridad en las mismas. Dentro del constante desarrollo de la línea ferroviaria la captación de corriente a través del pantógrafo en contacto con la línea aérea de contacto es uno de los principales temas de estudio debido a su elevada importancia tanto para la velocidad del tren como para su seguridad en la circulación. Existen diferentes tipos de línea aérea de contacto o catenaria para el transporte de corriente a lo largo de la vía ferroviaria siendo la catenaria rígida la que se ha tenido en consideración para la elaboración del presente Trabajo Fin de Grado. Dicha catenaria debe su calificativo de rígida a que, a diferencia de la catenaria flexible en forma de cable suspendido entre dos puntos de apoyo, ésta también se sustenta entre apoyos, pero se mantiene paralela y horizontal con respecto a la vía del tren. En ocasiones la catenaria rígida pierde levemente su posición horizontal y presenta una cierta inclinación o gradiente de ángulo entre dos de sus secciones consecutivas. Este suceso puede darse lugar en el hipotético caso de que se rompa uno de los soportes, esto provoca un aumento de la distancia entre dos soportes consecutivos y, en consecuencia, un aumento de la flecha de la catenaria en la sección intermedia. Este suceso provoca la aparición de un arco eléctrico que provoca un aumento del desgaste del pantógrafo y la catenaria, y de los esfuerzos mecánicos al establecerse de nuevo el contacto. El objetivo será validar una cota máxima para distintas velocidades de circulación para evitar los problemas mencionados. Valores mayores de esa cota llevarían a la intervención del sistema para reducir el ángulo de inclinación y para valores menores se asegura la seguridad de paso por ese tramo. El estudio de la flecha máxima y, por tanto, de la cota máxima permitida para asegurar tanto una correcta captación de corriente a través del pantógrafo como un grado de seguridad elevado es importante y, por ello, es el objetivo principal de este trabajo que se va a explicar a lo largo de los próximos capítulos. Para alcanzar el objetivo se ha desarrollado una herramienta que simule la interacción entre un modelo de pantógrafo y la catenaria. Ambos se han modelado como elementos sólidos de CAD, siendo el pantógrafo un modelo discreto masa-resorte-amortiguador con especificaciones indicadas por la NORMA UNE-EN-5031