Un nuevo modelo computacional desarrollado por la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) está contribuyendo significativamente a la reducción del consumo de energía en los trenes. Este innovador modelo tiene el potencial de generar ahorros entre el 15% y el 20%, permitiendo que las redes ferroviarias sean más eficientes en términos energéticos. El equipo de investigación, liderado por el Doctor Ingeniero de Caminos Ricardo Insa, del Instituto de Transporte y Territorio (UPV), ha trabajado durante meses en la medición y análisis de datos reales obtenidos a partir de trenes equipados con avanzados dispositivos de registro.
Desarrollando un modelo computacional para reducir consumo energético en trenes
Para calcular con precisión el consumo energético de los trenes y su eficiencia en el uso diario, el equipo dirigido por Insa ha utilizado una serie de herramientas innovadoras. En este proceso, los trenes fueron equipados con tres tipos de dispositivos de medición:
- Medidor de pantógrafo: Este dispositivo fue clave para registrar cuánta energía total recibía y absorbía el tren.
- Medidor de servicios auxiliares: Encargado de registrar el consumo de energía para sistemas como aire acondicionado, calefacción, iluminación, puertas, videocámaras, etc.
- Medidor de resistencias: Este medidor verificaba el consumo de energía en las resistencias de los trenes.
Gracias a esta tecnología, el equipo pudo obtener un mapa detallado del consumo de energía desde el inicio hasta el final de cada trayecto del tren.
Análisis de las curvas de velocidad para optimización energética
Ignacio Villalba, otro investigador de la UPV, se centró en estudiar las curvas de velocidad del tren. Con esta información, fue posible identificar la velocidad óptima que los trenes deben mantener en cada tramo del recorrido, permitiendo reducir el consumo de energía considerablemente. Este método es aplicable tanto a trenes automáticos, como los subterráneos, como a los trenes de superficie que se conducen manualmente.
Ajuste de perfiles de velocidad y manejo eficiente en conducción manual
Los trenes subterráneos, que suelen operar en modo automático, pueden ser reprogramados para seguir perfiles de velocidad optimizados. Sin embargo, para los trenes de superficie conducidos manualmente, se necesita proporcionar pautas detalladas para los conductores. Estas pautas incluyen directrices sobre las velocidades óptimas que deben mantener, los patrones de frenado y aceleración adecuados, lo cual permite alcanzar ahorros energéticos notables.
“Se trata de que los nuevos perfiles de velocidad obtenidos en el modelo sean aplicados durante el funcionamiento normal, permitiendo analizar si los ahorros teóricos obtenidos en el modelo se producen en la práctica”, añadió Villalba.
Más allá del modelo: otras estrategias para ahorrar energía en el sector ferroviario
Si bien las investigaciones de la UPV han proporcionado un gran avance, hay varias otras estrategias que se están poniendo en práctica a nivel global para reducir el consumo de energía en los trenes. Basándonos en investigaciones similares y en estudios como el de la Fundación de los Ferrocarriles (por encargo de la UIC), las siguientes áreas están siendo clave en la reducción del consumo energético en el sector:
Optimización en el diseño de la infraestructura y subestaciones reversibles
Desde el diseño del trazado de las vías, se pueden implementar mejoras como el uso de subestaciones reversibles en líneas electrificadas con corriente continua. Estas subestaciones permiten aprovechar la energía regenerada en el frenado de los trenes, reduciendo considerablemente la cantidad de energía que se pierde.
Además, se está investigando el uso de acumuladores de energía, tanto en tierra como en los trenes mismos, lo que contribuye a la recuperación de energía durante la operación y reduce la dependencia de la energía externa. Un buen ejemplo de esto son los sistemas implementados en los metros de ciudades como Bilbao y Madrid.
Estrategias para el diseño del vehículo
El diseño de los trenes también tiene una gran influencia en el consumo de energía. La aerodinámica del tren, el rendimiento del sistema de tracción y la reducción de la masa (utilizando materiales ligeros) son factores esenciales. Además, incluir acumuladores a bordo permite aprovechar la energía generada durante los frenados, especialmente en sistemas de tranvía como los de Zaragoza y Sevilla.
Conducción eficiente mediante sistemas automáticos
La conducción económica es otra técnica que está siendo ampliamente adoptada. Los trenes equipados con sistemas de conducción automática (ATO) pueden ser programados para seguir perfiles de velocidad optimizados, asegurando un uso eficiente de la energía y adaptando la velocidad según el tráfico o las condiciones de la vía.
En España, varias líneas de metro, como la línea 9 de Metro de Barcelona, están completamente automatizadas sin conductor, permitiendo una regulación precisa del consumo energético. Esta tecnología también se está extendiendo a líneas de alta velocidad y otras redes ferroviarias.
Impacto de la tracción eléctrica y los sistemas de frenado regenerativo
Los sistemas de frenado regenerativo permiten que la energía cinética generada al frenar vuelva a la red eléctrica o sea almacenada para un uso posterior. Esto ha sido implementado en muchos sistemas modernos de trenes y metros, reduciendo significativamente las pérdidas de energía.
Por otro lado, la tracción eléctrica ofrece un rendimiento mucho más eficiente que los trenes diésel. Renfe, por ejemplo, ha aumentado la proporción de sus trenes de tracción eléctrica, y ha reducido las emisiones de CO2 en más de un 50%. Además de mejorar la eficiencia, este tipo de tracción genera menores niveles de contaminación.
Mejoras en la climatización y la iluminación
Otro aspecto importante a tener en cuenta en el ahorro energético es la climatización y la iluminación de los trenes. El uso de sistemas inteligentes de gestión del aire, adaptados a la cantidad de pasajeros presentes, puede ahorrar hasta un 50% de la energía que normalmente se destina a la climatización.
Por su parte, la iluminación LED regulable, que ya ha sido implementada en algunos trenes, tiene un potencial de ahorro energético superior al 70% en comparación con los sistemas tradicionales.
Ahorro energético en la operación del tráfico y control centralizado
Como se mencionó anteriormente, la planificación eficiente de los horarios y la implementación de sistemas de control de tráfico centralizado pueden generar ahorros energéticos importantes. Este enfoque permite replanificar las operaciones de trenes en tiempo real, optimizando sus trayectorias y consumos según las condiciones de tráfico.
Se espera que estas tecnologías se conviertan en estándares a medida que los avances en inteligencia artificial y big data permitan gestionar de forma más eficiente las redes ferroviarias.
El transporte ferroviario es uno de los medios más eficientes desde el punto de vista energético. Sin embargo, las mejoras continuas en la infraestructura, el diseño del vehículo, y la operación de tráfico, junto a la adopción de energías renovables, permiten seguir reduciendo el consumo energético, contribuyendo a un modelo de transporte más sostenible y respetuoso con el medio ambiente.