El ferrocarril, ese gran desconocido

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Hasta los raíles del tren me hacen llorar.

(«Yo, poeta decadente» Los Evangelistas; Homenaje a Enrique Morente, 2012)

 A bordo de un TGV (el AVE francés) en marcha, el agente Ethan Hunt (Tom Cruise), no duda en salir del vagón para intentar detener al villano de turno, que al parecer no es hombre al que le gusten los transbordos ordinarios y quiere tomar un helicóptero directamente desde el tren. En un gesto heroico sin igual, Hunt comienza a desplazarse a duras penas pegado al techo del ferrocarril, que probablemente circula a unos 250 km/h. Lamentablemente, el cuerpo del esforzado agente entra en contacto con la catenaria y muere electrificado. FIN.

Evidentemente, eso no fue lo que sucedió en la película Mission: impossible. Los responsables de la película debieron pensar que si unos cables suspendidos sobre el tren te pueden afear una espectacular escena de acción, lo mejor que puedes hacer es quitarlos por las buenas; la magia del cine permite que el tren aparente seguir circulando a toda pastilla sin aportación de energía pero, como es lógico, en el mundo real las cosas no funcionan así, por lo que en este artículo comentaremos de forma general esta y otras peculiaridades que hacen del ferrocarril un medio de transporte singular.

Como su propio nombre indica

En efecto, el origen del término ferrocarril son los carriles¹ de hierro, aunque hoy en día tanto el carril como la rueda se fabrican de acero porque este material presenta unas características mecánicas más apropiadas. Además de la interesante cualidad de no tener que arreglar pinchazos (festival del humor), la principal ventaja de un transporte basado en la rodadura entre aceros es el bajo coeficiente de rozamiento que permite que un tren circulando a 100 km/h a la deriva en una vía recta y horizontal, recorra unos 10 km sin detenerse. No hagan la prueba con su coche para intentar ahorrar gasolina porque se llevarán un amargo desengaño. El valor tan reducido del rozamiento permite el transporte de elevadas cargas con poco esfuerzo. Por ejemplo, para transportar 1000 toneladas a 100 km/h mediante el ferrocarril se necesita desarrollar una potencia de 1111 CV. Bueno, sí; 1111 caballos de potencia les sonará a los aficionados de Top Gear a una brutalidad del estilo del Bugatti Veyron. Para hacernos una idea menos abstracta de las magnitudes que estamos manejando, transformémoslo en camiones: suponiendo que un camión pueda transportar 10 toneladas, lógicamente necesitaríamos 100 camiones para acarrear esas 1000 toneladas, por lo que cada camión debería tener… 11 CV de potencia, una cifra tal vez apropiada para los vehículos pilotados por el Señor Pisahuevos, pero a todas luces insuficiente para conseguir que un camión cargado circule a 100 km/h. Análogamente, mediante otro simple cálculo se demuestra que con la misma energía que consume una bombilla de 40 W durante una hora, el ferrocarril puede transportar 1 tonelada a 1 km de distancia.

El lado oscuro del rozamiento acero-acero

Pero ese bajo rozamiento, tan positivo para producir movimiento con poca energía, tiene por contra una desventaja: la aceleración está muy penalizada. Si el contacto neumático-asfalto permite aceleraciones de unos 6 m/s2 (en principio, un coche podría alcanzar los 100 km/h en 5 segundos), el ferrocarril solo admite 2 m/s2 (llegaría los 100 km/h en 14 segundos). Así, un tren de alta velocidad que arranca de una estación necesita unos 20 km para alcanzar los 300 km/h, por lo que en una línea de este tipo es absurdo realizar paradas cada menos de 40 km aunque muchos políticos opinen lo contrario (lo ideal sería cada 100 km o más). Pero lo mismo sucede para el frenado (la deceleración). Aunque hay sistemas de frenado muy evolucionados que mejoran las prestaciones, para que el lector tenga un orden de magnitud, un tren de pasajeros lanzado a 160 km/h (en una vía recta y horizontal), necesita unos 1200 metros para frenar, algo inconcebible para un automóvil. Así que olvídense de la verosimilitud de tantas y tanta escenas que hemos visto en películas o series de televisión en las que los trenes frenaban en cuestión de pocos metros o, sin ir más lejos, en la citada Mission: impossible que daban a entender que el TGV frenaba en unos 10 segundos, lo que solo es posible si circulaba a menos de 100 km/h.

Cada vez que lean una noticia de un arrollamiento en un paso a nivel, piensen que aunque el conductor del vehículo ferroviario vea el obstáculo y comience el frenado de la unidad, las posibilidades de evitar el impacto son prácticamente nulas. Es desquiciante leer (des)informaciones sobre accidentes de este tipo relatando cómo el maquinista no paró hasta casi un kilómetro después. Por esta razón (la imposibilidad de frenar, no las noticias sin fundamento), las líneas de alta velocidad no solo se diseñan sin pasos a nivel, sino que además se encuentran totalmente valladas para que nadie sin autorización acceda a la plataforma ferroviaria y están dotadas con sistemas de detección de obstáculos en la vía. Y es que una colisión de un tren a 300 km/h sería catastrófica. Aunque a una velocidad mucho menor, el accidente que ocurrió en la estación de Montparnasse de París en 1895, debido a que el sistema de frenos no funcionó correctamente, da una idea de lo que es un tren sin control, tantos cientos de toneladas lanzados a gran velocidad. Así como hemos sacado los colores al cine por sus inexactitudes, hay que reconocer que en Super 8 y en El fugitivo se han representado accidentes ferroviarios con gran realismo.

Una vez más: el tamaño sí que importa

Debido a diferentes causas, el ancho de vía (distancia entre caras interiores de carriles) no está unificado. En España, las principales redes se explotan con tres anchos diferentes:

-El métrico (1000 mm). El utilizado en la explotación de FEVE, Euskotren, metros de grandes ciudades…

-El internacional (1435 mm). Con el que se han ejecutado las líneas de alta velocidad.

-El ibérico (1668 mm). Toda la red explotada por RENFE, excepto el AVE.²

Para dotar de continuidad a la explotación de vías de distinta anchura, sobre todo las de ancho internacional e ibérico, hay diversas alternativas: desde cambiar las ruedas de los vehículos a ejecutar las vías con tres carriles. Y siempre está la opción del transbordo.

¿Y qué ancho es mejor? Bueno, más anchura significa mayor estabilidad y la posibilidad de disponer maquinaria más pesada con más potencia, pero también implica radios de giro mayores y gálibos más amplios (muy importante desde el punto de vista económico, sobre todo en tramos en túnel). En muchos casos, la elección de una anchura determinada se realizó por motivos políticos o simplemente por redondeos a sistemas de medida locales. En el caso ruso, se enviaron a un par de operarios a medir el ancho de vía británico para copiarlo; estos hombres, con toda su buena fe, en lugar de tomar la distancia entre las caras internas de los carriles acotaron a ejes de carril, de ahí que las líneas rusas se ejecutaran con 1524 mm de anchura. Está visto que en todas partes cuecen habas.

Yo conduzco, ella (la rueda) me guía

Otra característica destacable del ferrocarril es que es un sistema de transporte guiado. Tras una infancia marcada por Scalextrics o mismamente trenes de juguete, son muy pocos los que se sorprenden de que en las cabinas de las locomotoras no existan volantes porque los trenes van, por así decirlo encajados (con una pequeña holgura) entre los carriles gracias a que las ruedas cuentan con una pestaña interior, un resalto de unos 3 cm, que asegura el guiado de las unidades y evita descarrilamientos. Pero no es la única peculiaridad de las ruedas: la superficie de rodadura no es un cilindro, ni un toro, sino que es un tronco de cono cuyo vértice se encuentra en el exterior de la vía. El guiado de las unidades justifica esta forma geométrica, junto con que las ruedas de los vehículos ferroviarios forman generalmente una pieza solidaria con su eje. Muy resumidamente: al empujar un cono recto tumbado en el suelo sobre una generatriz, observamos que tiende a girar completando una circunferencia. Una rueda troncocónica considerada por separado realizaría el mismo desplazamiento, tendiendo a salirse hacia el exterior de la vía; pero al estar unida solidariamente a otra rueda simétrica, que tiende a realizar el movimiento opuesto (hacia el exterior de su carril), se van compensando una a otra mediante pequeños vaivenes³. Este movimiento oscilante (denominado serpenteo o movimiento de lazo) permite que los vehículos se mantengan sobre los carriles en las vías en recta. En las curvas, la conicidad de las ruedas compensa en parte la diferencia de recorrido entre la que circula por el carril exterior y la del interior. Pero el análisis de un eje aislado, aunque da una idea del fenómeno, es una forma simple de abordar el movimiento real de los vehículos ferroviarios, que se montan sobre bogies (plataforma rígida con dos o tres ejes) y que es mucho más complejo de explicar.

AC/DC: railway to hell

Aunque los primeros trenes funcionaban a vapor y aún hoy existen numerosos vehículos diésel, la inmensa mayoría de las nuevas líneas comerciales de países del primer mundo se explotan con energía eléctrica. La maquinaria eléctrica, frente a las diésel, tiene la gran ventaja de no depender de una única fuente de energía (y por lo general, de importación), y que además se puede generar de múltiples maneras (térmica, fotovoltaica, eólica, nuclear, hidroeléctrica…). Aunque es una gran ventaja no tener que llevar el combustible a cuestas, con el incremento de gasto del mismo para poder transportarlo, el inconveniente de la alimentación eléctrica es el elevado gasto en infraestructura que hay que realizar (postes, cableados, subestaciones…) para poder poner en marcha la explotación. Sin ir más lejos, en países en vías de desarrollo pesa más esta última circunstancia para decidirse por la maquinaria diésel. Pero en los países desarrollados, con el territorio cosido de torres de alta tensión, no es tanto problema. Llegados a este punto (elegir vehículos eléctricos), se bifurca el camino entre corriente continua o corriente alterna:

-Corriente continua: se utiliza en las líneas ordinarias. Tiene como ventaja que los motores de tracción son mejores, pero para transmitir la tensión necesita una sección de cobre elevada y subestaciones eléctricas cada 20 km.

-Corriente alterna: es la utilizada para alta velocidad. La tensión es mucho mayor que en corriente continua (entre 11000 y 25000 V en alterna frente a los 1500-3000 V en continua) por lo que la sección de cobre necesaria para transmitirla se reduce a menos de la mitad. Además, las subestaciones se pueden distanciar hasta 50 km.

En ambos casos, el esquema eléctrico se basa en el circuito de tracción: una subestación eléctrica alimenta un conductor —un cable suspendido (catenaria) o un tercer carril⁴—, que se conecta con la máquina tractora ferroviaria a través de un elemento de contacto (pantógrafo), siendo las ruedas y el carril los encargados de cerrar el circuito hasta la subestación. Aunque se han estudiado métodos distintos de captación de energía (inducción, arco eléctrico controlado o incluso rayo láser), o sistemas basados en acumuladores eléctricos, hoy en día es el circuito de tracción el universalmente utilizado.

Por último, y no por ello menos importante: ¿qué es el chacachá del tren?

El clásico ruidito de los vehículos ferroviarios se debe a las juntas entre carriles, una pequeña separación que al ser pasada por cada rueda y golpear al carril siguiente emite un sonido característico. Hoy en día se tiende a montar la vía con carriles soldados que hacen que los viajes sean mucho más confortables y que el material ferroviario sufra menos con los impactos. La barra larga soldada tiene el inconveniente de las dilataciones térmicas del acero, pero este problema se solventa con una sujeción carril-traviesa adecuada. Así que los días del chacachá están contados.

Notas

(1)  Carril es el término más usado para la pieza metálica con forma de doble T sobre la que ruedan los trenes, aunque también se utiliza el vocablo raíles o incluso rieles. No obstante, en origen, carril se refería al camino propiamente dicho.

(2)  El ancho ibérico se eligió en base al informe Subercase, que proponía un ancho de 6 pies castellanos (unos 1672 mm), que posteriormente se redujo a 1668 mm para reducir el movimiento de lazo.

(3)  La explicación teórica pone en juego velocidades angulares y círculos de distinto radio, pero entiendo que aun siendo menos precisa es más intuitiva la forma en que se ha expuesto.

(4)  Insistiendo una vez más en el cine, en numerosas películas se ve cómo un villano secundario muere al caer sobre las vías del metro: ha entrado en contacto con el tercer carril y ha cerrado el circuito de tracción, quedando a la parrilla. Un motivo de peso para que la alimentación mediante tercer carril prácticamente solo se utilice en plataformas de suburbano, que evitan el contacto con el tráfico de vehículos o peatonal.