Unzueta Garcia, Hibai | Telekomunikazio-ingeniaria

Garraiobideen etorkizuna auto hegalarietan eta soinuaren abiadurara doazen hegazkinetan irudikatu ohi du zinemak. Baina errealitateak erakusten digu mugikortasunaren iraultza berria beste garraio-modu batek ekarriko digula; trenak, hain zuzen ere. Ondorengo urteetako trenetan bidaiariok toki zabala izango dugu hankak luzatzeko, eserleku erosoak, kafetegia, Interneterako konexioa, lan-inguru aproposa, telefono mugikorra erabiltzeko estaldura egokia... eta hori guztia abiadura azkarrenetan. Itxura ona du horrek, baina gaur egun ezagutzen dugun trena ez da horrelakoa. Nola gertatuko da metamorfosi hori? Zalantzarik gabe, punta-puntako teknologiarekin.

Berrikuntzak. 1. Artikulazioa 2. Trakzio banatua 3. Kutxarako material berriak 4. Bi solairuko egitura tren osoan zehar 5. Kurbetan kulunkatzeko gaitasuna 6. Treneko sarea 7. ERTMS seinaleztatze-sistema berria 8. Trakzio elektrikoaren abantailak 9. Balaztatze birsortzailea. (Argazkia: H. Unzueta)

Tren klasikoetan, tren-makinak trakzioa sortzen du, baina hari lotuta doazen bagoiek ez dute trakziorik, eta tren-makinak bultzatuta ibiltzen dira. Horrez gain, bagoiak guztiz independenteak izan ohi dira, eta bogie (lau gurpil biltzeko egitura) bat dute ertz bakoitzean, guztira zortzi gurpil bagoiko. Eraketa horrek pisu handia hartzen du, batez ere ohiko altzairuzko bagoi-egitura erabiliz gero. Istripuetan, bagoiak elkarrengandik independenteak direnez, haien arteko krokadurak apurtzen dira lehenik. Ondorioz, akordeoi- efektua gertatzen da askotan, eta horrek are gehiago larritzen du egoera.

Gaur egungo garraio-industriak, azkeneko hamarkadan probatutako kontzeptuak konbinatuz, ideia berriak garatu ditu. Alde batetik, tren artikulatuen eskeman, bagoi batek albokoarekin banatzen du bogie -a. Horrek esan nahi du bagoiak ez direla independenteak, eta, beraz, istripu batean elkarri lotuta jarraituko dutela.

Tren klasikoetan bagoiak guztiz independenteak dira, eta horregatik gertatzen da akordeoi-efektua istripuetan. (Argazkia: Hemeroteka)

Hain zuzen, baieztapen hori frogatzea posible izan da orain arte gertatu diren TGV istripu guztietan. Trena errailetik irtetean, osorik eta errailekin lerrokatuta geratu da kasu guztietan; hala, bidaiariak babestu egiten dira. Kontzeptu honek abantaila gehiago ditu: pisuaren eta errodadura-zarataren murrizketa, adibidez. Hamar bagoiko tren klasiko batek 20 bogie izango ditu; tren artikulatu batek, aldiz, soilik 11. Bogie -ak elementu pisutsuak izanik, pisu-murrizketa bistakoa da, eta, horren ondorioz, posible da abiadura areagotzea eta mantentze-kostuak arintzea.

Abantaila anitz dakarren beste kontzeptu bat trakzio banatuarena da. Kasu honetan, motorrak tren osoan zehar kokatzea proposatzen da. Alde batetik, gurpil eta errailen arteko atxikidura-indarrak handitzen dira, eta, hala, energia aurrezten da. Bestetik, tren-makinarik ez dagoenez, bidaiarientzat leku gehiago lortzen da tren-luzera eta pisu berarekin.

Goiko irudian, tren klasikoa goian eta tren artikulatua behean. Bogie -a eskerreko irudian. (Argazkia: H. Unzueta)

Hala ere, Birminghamgo Ingeniaritza Eskolako Ryo Takagi ikertzailearen esanean, balaztatze birsortzailea ( regenerative braking ) edo elektrikoa da trakzio-modu honi erabateko abantaila ematen diona. Balaztatze birsortzailean, trakzio-motorrak sorgailu moduan erabiltzen dira, eta, hala, lortutako energia argindar-sareari itzultzen zaio. Horrez gain, balaztatze-diskoak, gutxiago erabiltzen direnez, geldoago higatzen dira, eta, beraz, mantentze-kostuak txikitu egiten dira.

Material eta egitura berriak

Orain arte, gogorra baina pisutsuegia den altzairua erabili izan da ibilgailuak eraikitzeko material gisa. Gaur egun, ordea, bidaiariko kostua eta isurketa poluitzaileak murrizteko asmoz, bi solairuko trenak gero eta gehiago erabiltzeko joera dago. Horiek eraikitzeko, aluminio-konposatuzko egitura arinagoak erabiltzea komeni da, TGV Duplex trenean edo Elisa (AGV) prototipoan bezala.

Horrez gain, Finlandiako Fibrocom enpresak channel composite deituriko material arin eta gogor bat garatu du. Materiala tinko mantentzeko, 3Dko egitura berezi batzuk erabiltzen dira. Aurrerantzean, Fibrocomekin batera, Talgo ere material horrekin eraikitako bi solairuko trenak produzitzen hasiko da. Bi solairuak trenaren luzera guztian zehar mantentzen dituen munduko lehenengo diseinua da, eta bagoien arteko pasabideak ere bi solairukoak dira.

Kurbetan kulunkatzeko gai

Bidaiariek kurbetan jasaten duten indar zentrifugoaren efektua murriztea du helburu teknika honek. Hori lortzeko, trena kurbaren kanpoalderantz bultzatzen duen indar zentrifugoa orekatzen da, trena kurbaren barrualderantz kulunkatuz. Horri esker, abiadura % 25 inguru handitzea lor daiteke, lehendik dauden burdinbideak aldatu beharrik gabe, eta bidaiarien erosotasunari eta segurtasunari kalterik eragin gabe.

Kulunkatze-sistema pasiboak eta aktiboak daude. Pasiboak 1980ko hamarkadatik erabiltzen dira, adibidez, Talgo enpresaren tren pendularrean. Tren horietako kutxak naturalki kulunkatzen dira. Mekanismoa hau da: ibilgailuek grabitate-zentro baxua dute, eta gurpilak ibilgailu-kutxaren goialdeari lotuta daude esekidura- sistema batekin. Kurbetan, indar zentrifugoak kutxa kanporantz bultzatzen du, eta kutxak, goialdetik lotuta daudenez, barrurantz okertzen dira.

Kulunkatze pasiboa (goian) eta aktiboa (behean). Eskuineko irudian aplikatzen den printzipioa erakusten da; esku gorriak indar zentrifugoa adierazten du. (Argazkia: H. Unzueta)

Sistema aktiboek, berriz, trena kurba batean sartzear dagoela detektatzen dute, GPSaren edo indar zentrifugoa neurtzeko erabiltzen diren giroskopioen bidez. Une horretan, sistema hidrauliko baten bitartez, ibilgailuaren kutxa okertzen dute bogie -kiko. Fiat Ferroviariak (orain Alstom) Pendolino izeneko bere trenetan erabiltzen du makineria hori. Tren horiek abiadura handi eta ertaineko zerbitzua eskaintzen dute, Italiako iparraldean batez ere. 1998tik 2001era, Alstomek aldaketa sakonak egin zizkion TGV klasikoari, eta hala sortu zen historiako lehen TGV kulunkagarria. Démonstrateur Pendulaire prototipoari froga anitz egin zizkioten, enpresa gai izan zedin gero belaunaldi berriko abiadura handiko tren bati kulunkatze-teknologiak aplikatzeko.

Sistema aktiboetako beste berrikuntza aipagarri bat Beasaingo CAF enpresaren Kulunkatze Integraleko Sistema Adimentsua (SIBI) litzateke. GPS bidez trenaren kokapena zehazten duen modulu bat, kulunkadura erlatiboa neurtzeko sentsoreak eta ibilgailuaren kutxa bogie -arekiko okertzeko behar diren eragileak ezartzen dira trenean. Trenak ibilbidearen ezaugarriak 'ikasi' egin behar ditu lehendabizi. Hala, ondoren, aurrea hartuko dio ibilbideari, eta une egokian eta indar egokiarekin kulunkatuko da. Sistema isila eta tamaina txikikoa da, eta tren elektriko zein dieseletan aplika daiteke.

TCNa

Trenaren Komunikazio Sarea da ingelesezko TCN siglaren esanahia. Trenaren barruko gailuen arteko komunikazioa definitzen du Burdinbideen Nazioarteko Batasunak (UIC) eta Nazioarteko Biltzar Elektroteknikoak (IEC) kaleraturiko nazioarteko arau horrek.

TCNaren eta nerbio-sistemaren arteko konparaketa. 1. Sarea; 2. Kontrolerako lotunea; 3.Sentsoreak; 4. Eragingailuak. (Argazkia: H. Unzueta)

Plataforma hori ulertzeko modu bat da gizakien nerbio-sistemarekin erkaketa egitea. Gorputzeko elementu batzuek datuak hartzen dituzte ingurutik (begiek adibidez). Trenean, sentsore deitzen zaie horiei, abiadura, tenperatura edo tentsioa neurtzen duten tresnei. Ingurunea bera edo kokapena aldatzeko balio dute gorputzeko beste elementuek (zangoek edo eskuek adibidez). Trenean, eragingailu esaten zaie. Parametro bat aldatzeko gaitasuna ematen dute; adibidez, motorrek eta balaztek abiadura aldatzen dute. Horrez gain, nerbio-sistema izenarekin ezagutzen dugun komunikazio-sare harrigarriak elementu guztiak lotzen ditu. Hain zuzen ere, leku hori hartzen du trenean TCNak. Trenean zeharreko sare honek hainbat lotune ditu, gurpiletan, ateetan, eserlekuetan, motorretan... Lotuneok sentsoreak izan daitezke, edo eragingailuak. Era berean, gorputzean burmuina dena trenean kontrol-zentroa da; TCNaren argotean esaten den moduan, lotune nagusia.

ABB Corporate Research-eko Hubert Kirrmann adituaren iritziz, treneko osagai elektronikoen estandarizazioa beharrezkoa izan arren, TCNaren benetako abantaila automatikoki birkonfiguratzeko gaitasuna da. Izan ere, eguneroko zerbitzuan konposizio aldakorra duten trenek --metroek, gaueko trenek edo nazioarteko trenek adibidez-- kontrolerako, diagnostikorako eta informazio-trukaketarako metodo bat behar dute. Horrelako komunikazio-sistemek beren burua konfiguratu beharko lukete ibilgailuak burdinbidean elkarri lotuta daudenean, eta hala egiten dute, hain zuzen ere.

TCNaren arabera, ibilgailu (bagoi edo tren-makina) bakoitzean sare bat egon daiteke. Eta, horrez gain, tren osoko sare batek ibilgailu bakoitzeko sareak lotzen ditu. Horrela izaten da posible, adibidez, tren-makinatik jakitea laugarren bagoiko airea girotzeko ekipoa hondatuta dagoela eta zuzenean matxura horren berri ematea mantentze-lanen zentroari. Tren osora hedatzen den azken sare hori da bere burua automatikoki egokitzeko gaitasuna duena.

Eta, nola egiten da hori? Normalean, tren-makinan dagoen lotuneak kontrolatzen du treneko sarea. Trenaren bi ertzetan dauden bagoietako lotuneek bagoi berri bat erantsi ote den aztertzen dute etengabe, eta zerbait detektatzen badute, gatazka bat sortzen da, tren-eraketa berriaren kontrola zeinek izango duen ebazteko.

Treneko sarean, bagoi bakoitzeko lotune bat egon ohi da. Bagoiak lotuta daudenean, lotuneek sare bakarra osatzen dute. Sarearen kontrola gidaria duen bagoiko lotuneak izaten du kasu gehienetan.

(Argazkia: H. Unzueta)

Eraketa bakoitzak bere 'indarra' du. Bagoi gehiago dituzten tren-eraketak 'indartsuagoak' dira, baita gidaria duten eraketak ere, gidari gabekoen aldean. Beraz, detektaturiko bagoi-eraketak bagoi gutxiago baditu edo bagoi-kopuru berarekin gidaririk ez badu, eraketa ahulak amore emango du eta bestea izango da garaile, eta hark kontrolatuko du trena. Orduan, eraketa berriko lotuneei izenak emango dizkie, bere kontrolpean edukitzeko. Hala, trena automatikoki egokituko da tamaina berrira.

ERTMSa

Azkeneko urteotan, burdinbideen industriak eta Europako herrialdeetako gobernuek ahalegin ugari egin dituzte trenek herrialdeen arteko mugak gelditu gabe gurutzatu ahal izateko. Gaur egun, herrialde bakoitzak bere Trena Babesteko Sistema Automatikoa (ATP) dauka; beste era batera esanda, trenen mugimendua kudeatzeko bere hizkuntza propioa. Bateraezintasun horiek gainditzeko, seinaleztapen-eredu bakarra proposatzen duen proiektu bat jarri da martxan Europako Batasunak bultzatuta, Burdinbide Trafikoa Kudeatzeko Sistema Europarra (ERTMS), alegia. Baina ERTMSaren helburua da, Europako seinaleztapenak berdintzeaz gain, munduko seinaleztapen-sistema aurreratuena ere egitea, berriztapen ugari gauzatuz. Izan ere, gaur egun ekipo garestiak jarri behar dira, bai trenetan eta bai ibilbidean zehar. Horrez gain, trafiko handiko korridoreetan, seinaleztapenaren erruz, trenak astiroago ibiltzen dira. Hori dena aldatu egingo da ERTMSarekin, tren bidezko garraioa ziurragoa eta lehiakorragoa izan dadin.

ERTMS zikloa. 1. Trena baliza kilometriko baten gainetik igarotzen da, eta bere posizioaren berri jasotzen du. 2. Posizioa kontrol-zentroari bidaltzen dio GSM-R bidez. 3. Kontrol-zentroak, trenen egoera kontuan izanik, aginduak bidaltzen dizkio. 4. Agindutako abiadura-profila betetzen du trenak. (Argazkia: H. Unzueta)

Gaur egun, trenen posizioa kontrolatzeko blokeak erabiltzen dira. Bloke bat trenbidearen zati bat da, semaforo batekin kontrolatuta. Trenik badago blokean zehar, sarrerako semaforoa gorri egongo da. Hala, trenbide berean dauden trenen arteko talkak saihesten dira. Ohiko arazo bat izaten da trafiko handiko korridoreetan trenek, argi gorria ikusita, behar baino arinago balaztatzen dutela, eta, hala, bidaiak luzatu egiten direla. Sistema berriak trenarekin batera mugitzen diren blokeak proposatzen ditu.

ERTMSaren ahalmenak guztiz garatuz gero, ez da beharrezkoa izango blokeen okupazioa egiaztatzen duen burdinbidearen alboko azpiegitura (adibidez, semaforoak). Ibilbidean zehar kokaturiko baliza kilometrikoen bitartez, trenak bere posizioa ezagutuko du. Posizio hori blokeo- eta kontrol-zentrora bidaliko du GSM-R bidez (burdinbideetarako egokitu den telefonia mugikorreko GSM sistemaren bertsioa). Zentro horretan egongo da sarearen egoerari buruzko informazioa, tren bakoitzaren kokapenarekin eta bidearen ezaugarriekin. Kontrol-zentroak trenari erantzungo dio, aginduak bidaliz. Aginduok abiadura-profil bat izango dira, eta, hala, trenak, kokapenaren arabera, zer abiadura mantendu behar duen jakingo du. Prozesua periodikoki errepikatuko da.

Sistemaren potentziaz jabetu gaitezen, esan beharra dago 500 km/h arteko abiaduran lan egiteko prestatuta dagoela. Horrez gain, munduko beste herrialdeetako agintariek interes handia dute sistema horretan, eta, beraz, baliteke mundu mailan ezartzea ERTMS sistema.

WiFi

Internet trenera ere heldu da. Benelux eskualdean lan egiten duen Thalys abiadura handiko trenen operadorea, 21 Net enpresa eta Europako Espazio Agentzia (ESA) probak egiten ari dira bidaiariei banda zabaleko Interneteko konexioa eskaintzeko.

Thalys motako tren-makina bat. Tren hauetan probak egiten ari dira, bidaiariei banda zabaleko Interneteko konexioa eskaintzeko. (Argazkia: Thalys)

Prototipoak bagoi baten sabaian satelite batera konektatzeko antena eta horren bitartez Internetera konektatzen den ordenagailu zentral bat dauka. Konexiorako Ku banda erabiltzen da; satelitearekin, 4 Mbps lortzen dira jaitsieran eta 2 Mbps igoeran. Treneko ordenagailu zentraletik abiatuta, haririk gabeko WiFi sare bat ezartzen da trenean. Konektatzeko, ordenagailu eramangarria erabiliko du bidaiariak, eta ADSL mailako konexioa izango du. Horrez gain, ordenagailu zentralean filmak eta bestelako edukiak daude eskuragarri, bidaiariek beren ordenagailuetan ikus ditzaten. Ondorengo hiletan, zerbitzu hori Thalysen tren guztietan eskainiko da, eta litekeena da aurki tren gehiagotan ezartzea. Hala, balio erantsia emango zaio garraiobide horri.

Naturarekin bat

Gizakiaren ekintzen ondorioz isurtzen diren hondakinek gure planetako klimaren oreka dinamikoari kalte egiten diotela gero eta argiago ikusten dute zientzialariek. Klima-aldaketa eta atmosferako CO ₂ -aren maila lotuta daudela ikusi ondoren, neurriak hartuko badira, kutsaduraren iturriak aztertzea komeni da. Nazio Batuen 1998ko txosten baten arabera, CO ₂ isurketen % 27 garraio-sektoreak eragiten du.

Badirudi trenek abiadura handiagoko zerbitzuak eskaini behar dituztela, distantzia laburretan automobila eta luzeetan hegazkina baino lehiakorragoak izateko. Hori posible izateaz gain, beste garraioetan baino kutsadura gutxiago sortuz egin daiteke. Adibidez, 1998an Suitzako tren guztiak elektrikoak ziren, eta erabilitako energiaren % 97 energia berriztagarri hidroelektrikoa zen. Tren elektrikoen abantaila handiena da darabilten energia iturri berriztagarriekin sor daitekeela. Baina horrek ez du esan nahi ibilgailu mailan dena lortuta dagoenik.

Trenen energia-kontsumoa gutxitzeko neurri ugari daude. Sinpleetariko bat pisua arintzea da, aurretik aipatu den moduan, aluminiozko kutxak edo osagai elektroniko arinagoak erabiliz. Gurpilak eta erraiak elkarri hobeto itsasteko teknikak ere badaude. Horrez gain, balaztatze birsortzailearekin xahuturiko energiaren zati bat argindar-sarera itzul daiteke.

Trenbideak inguru naturalera molda daitezke.

(Argazkia: artxibokoa)

Bestalde, kezkagarria da burdinbideek paisaian duten eragina, batez ere abiadura handiko korridoreek. 300 km/h lortzeko, linea bereziak eraikitzea zen orain arteko estrategia. Linea horiek kurba txikiak izaten dituzte, eta maiz paisaia desitxuratzen dute, lubaki, zubi eta tunel ugarirekin. Kulunkatze-sistemak tren azkar horietan ere ezarriz gero, paisaiara egokitzeko kurba gehiago onar daitezke abiadura handiko korridore berrietan. Hala, ingurumena zainduko da eta trenbideak eraikitzeko eta mantentzeko kostuak txikitu egingo dira. Horrez gain, posible izango da abiadura ertaineko zerbitzurako jadanik eraikita dauden bideak erabiltzea. Hala, ez dira beharrezkoak izango ingurumenari kalte egiten dioten herri-lanak.

Trenen zarata da beste arazo garrantzitsu bat, kutsadura akustikoaren iturri. Japoniako Shinkansen abiadura handiko korridoreetan ikerketak egin dituen Tatsuo Maeda ikertzailearen aburuz, trenaren egiturak eta kanpo-diseinu eskasak dute zarataren errua. Burdinbideak Garatzeko Institutuko (RTRI) talde batek, Maedaren ardurapean, nabarmendu du pantografoak eta bogie -ak direla treneko elementu zaratatsuenak. Arazoa konpontzeko, pantografo gutxiago eta, tren artikulatuek bezala, bogie gutxiago dituzten trenak eraiki daitezke. Japonian aplikatutako neurriek fruituak eman dituzte: 1982an 210 km/h-ko trenek 79,5 dB-ko zarata sortzen zuten; 1997an, aldiz, 300 km/h-koek 76 dB baino ez. Beraz, bide onetik doazela dirudi.

Bidaiariok

Hobekuntzei esker, trenak bidaiari gehiago izango ditu etokizunean. (Argazkia: Thalys)

Etorkizuneko trena itxuratzen duten teknologietan barrena eginiko bidaia honen ondoren, bada ondorio bat. Gizarteak tren-bidaiari gehiago behar ditu, abiadura handietan, zein hiriko tranbia edo metroetan; eta izango ditu. Trenaren erabilera gobernu eta pertsona guztien eskuetan badago ere, badirudi garraiobide honek dagokion lekua berreskuratuko duela gure artean. Paul Theroux idazleak behin esan zuenez, "trena ez da ibilgailu bat. Trena herrialde baten zati bat gehiago da; leku bat da." Utz dezagun trenak mundu hobe batera eraman gaitzan.

Bibliografia

IEC 61375 (TCN) mundu mailako araua.

Nazioarteko Biltzar Elektroteknikoa (IEC).

------

www.ertms.com ERTMSa aurkezteko web gunea.

------

"Technology: How bogies work"

Japan Railway & Transport Review.

------

"Railways and the environment"

Japan Railway & Transport Review.

Unzueta Garcia, Hibai

CAF-Elhuyar sariak; Komunikazioak; Garraioak; Ingeniaritza; Telekomunikazioa; Teknologia

Dosierra