Estudio de cruce en vía ferroviaria mixta: Análisis CFD y simulación dinámica

En un entorno altamente competitivo y en constante cambio como el actual, la transformación y modernización son pilares esenciales para garantizar la relevancia y sostenibilidad a largo plazo de cualquier sector o empresa. Esto es especialmente válido en el ámbito del transporte, donde la demanda de servicios de pasajeros rápidos, seguros y rentables está en constante aumento, al igual que la necesidad sin precedentes de un transporte eficiente de mercancías y paquetes. Ante este escenario, el sector ferroviario se enfrenta a la necesidad apremiante de reducir costos y tiempos, adaptándose de la mejor manera posible a las nuevas condiciones del mercado. Con el fin de abordar este desafío, se presentaron diversas soluciones, siendo una de las implementadas la estrategia de circulación mixta. Esta estrategia permite que los trenes de mercancías utilicen líneas que anteriormente estaban restringidas exclusivamente a los trenes de alta velocidad, con el objetivo de aumentar la capacidad de operación de estas líneas, reducir costos y tiempos, y mantener la viabilidad económica del transporte ferroviario de mercancías. Para aplicar esta solución con el nivel de seguridad requerido se llevará a cabo un análisis minucioso de la estabilidad de los trenes de mercancías al encontrarse y cruzarse con trenes de alta velocidad, evaluando los posibles impactos derivados de esta interacción. Es relevante resaltar que la ausencia de un diseño aerodinámico especializado para este tipo de situaciones en los trenes de mercancías puede generar una vulnerabilidad significativa frente a la formación de ráfagas de presión provocadas por el cruce a alta velocidad, las cuales podrían comprometer seriamente la estabilidad del tren de carga. El estudio se efectúa en dos grandes bloques de ensayos. Primeramente, se realizan simulaciones CFD en las que se examinan los efectos, en forma de cargas, del cruce sobre el tren de mercancías, analizando los posibles efectos de factores como la dirección y velocidad de viento lateral, así como de la duración del propio cruce con el tren de alta velocidad. En ellos se observa como el ángulo de incidencia del viento desempeña un papel crucial en su estabilidad durante y después del cruce, siendo especialmente crítico cuando el viento incide perpendicularmente. Se ha observado que el escenario más adverso ocurre cuando el viento proviene del lado opuesto al tren, generando un efecto de apantallamiento durante el cruce. Este fenómeno resulta altamente agresivo, ya que produce cambios abruptos en las fuerzas que actúan sobre el tren, lo que puede dar lugar a inestabilidades significativas. Cabe destacar que el vagón delantero es el más afectado por este fenómeno, lo que implica que aumentar la carga en esa posición puede contribuir a mejorar la seguridad del tren. Además, las cargas generadas durante el cruce parecen ser independientes a la duración de este y la velocidad del tren. Por lo tanto, cuando se trata de un cruce en condiciones de cielo abierto con estas características, es crucial prestar una atención especial al viento lateral, ya que se considera el fenómeno más relevante que debe tenerse en cuenta. Habiendo analizado las características de las cargas que aparecen durante el cruce es posible intuir los efectos de los anteriores fenómenos involucrados, no obstante, evaluar el verdadero impacto de estas cargas en la estabilidad y seguridad del tren resulta complejo, ya que no se ha analizado específicamente su influencia en el vehículo en esta área de estudio. Para ello, y durante el segundo bloque de ensayos, se realizan simulaciones dinámicas, que mediante la utilización de coeficientes normalizados de estabilidad ofrecen información valiosa sobre como el tren de mercancías responderá a las cargas recién calculadas. De acuerdo con los resultados obtenidos, y tal y como se presuponía desde las simulaciones CFD, se ha constatado una mayor aparición de inestabilidades a la salida del cruce por parte del tren de mercancías. Estas inestabilidades se ven agravadas en presencia de vientos fuertes, especialmente aquellos que superan los 80 km/h. En tales condiciones, se observa una pérdida significativa de estabilidad del tren, excediendo ampliamente los límites establecidos para los coeficientes de seguimiento definidos. Además, se ha comprobado que el cruce y el nivel de estabilidad asociado son variables hasta cierto punto y presentan cierta aleatoriedad. Esta variabilidad se atribuye al punto de oscilación en el que se encuentra el tren al salir del cruce, lo que resulta en fuerzas que pueden sumarse o restarse a su propio movimiento, generando un grado de incertidumbre. Las conclusiones alcanzadas en este estudio proporcionan una sólida base para comprender los desafíos y la seguridad en los cruces de trenes en líneas mixtas. Se destaca la importancia de considerar determinados factores en el diseño y la operación de los sistemas ferroviarios. Estos hallazgos son información valiosa que puede servir de referencia en investigaciones futuras en el campo, como pueden en estudio del efecto del peralte durante un cruce en curva o la distribución de cargas más segura. Mediante estudios como este, además, se destaca la importancia de considerar factores como la mejora en la seguridad y estabilidad del transporte ferroviario de mercancías, que reduce los riesgos de accidentes y protege a los trabajadores, pasajeros y comunidades cercanas. Además, genera información valiosa con impacto positivo en términos económicos, al aumentar la eficiencia del transporte y reducir costos, así como en aspectos ambientales al ser una alternativa más sostenible al transporte por carretera, disminuyendo la congestión vial, los accidentes de tráfico y las emisiones de gases de efecto invernadero