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UBA - Facultad de Ingeniería
Departamento Transporte
INGENIERIA DEL
TRANSPORTE
68.07
Transporte Ferroviario
Estructura de Vía
Riel
Fijación
( 45 cm )
( 60 cm )
A  30 cm
Durmiente
Balasto (posición,
transmisión de
esfuerzos, drenaje)
(2-3%)
Subrasante
2
Balasto
t
P
Zona sin
compactar
d = 90 cm
Long.durmiente
b
h  30 cm
Pd = P / (b d)
45°
Durmiente (en madera: 12 x 24 )
longitud = trocha + 1m.
Densidad en vías principales
entre 1100 y 1700 dtes/km (aprox.
60 cm entre si)
Otros materiales: hormigón
armado y pretensado / metálicos
Durmiente
Balasto: piedra granítica
de aristas vivas entre 20 y
60. Desgaste LA 25%.
Entre 1700 y 3000 tn/km
de vía según tipo trocha.
Pd = P / [ (2h + b) d ] sadm
3
Rieles y fijaciones
4
Rieles y fijaciones
PESO DEL RIEL (fórmulas empíricas):
p (kg/m) > Vmáx (km/h) / 2,2
2,5 P
31,046 T 0,2033
para V 160 km/h
para P = peso del eje más pesado en ton
para T = millones de ton brutas anuales
FIJACIONES
Directa
Rígida
Clavo de vía
Tirafondo
Flexible
Clavo flexible
Clepe
Indirecta
Rígida
Silleta y tirafondo
Flexible
Clepe sobre placa de asiento
5
Rieles y fijaciones
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Elementos de la Vía
Ferroviaria
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Gálibo y Perfil de Obra
8
Normas básicas de trazado
En llanura
: i 5 %o
En colina
: 5 %o <i <12 %o
En montaña
: i 12 %o ( 150 m)
Técnicas de trazado para
( 1000 m)
iterreno > id :
» faldeo (apoyado en ladera)
» lazo (faldeo con curvas horizontales)
» zig-zag (con cambio de sentido de marcha)
» hélice (rodeando el cerro)
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Curvas Horizontales: Peralte
W=P
R=
G=t
E=h
Acción sobre el riel int. a causa del peso
Pr = P sen a
Acción sobre el riel ext. por la F centrífuga
Fc = F cos a
Para a 0  tg a sen a= h / t
cos a 1
Pr  P h / t
Fc  F = (P/g) * (V2/ r)
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Curvas Horizontales: Peralte
W=P
R=
G=t
E=h
Pr  P h / t
Fc  F = (P/g) * (V2/ r)
h = t ((V2 / r)/g)
h = t V2 / 127 r con h,t y r en m y V en km/h
hadoptado = 2/3 h t /10
(para evitar sobrepresión en el riel interno
con los trenes lentos)
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Curvas Horizontales: Transición
TE
EC
CE
ET
Le = 10 hadop
riel exterior
hadop
1%o
TANGENTE
ESPIRAL
riel interior
CIRCULAR
ESPIRAL
TANGENTE
12
Curvas Verticales
Se emplean parábolas
Cóncavas: L (m) = 60 Di (%o )
acoples traccionados
Convexas: L (m) = 30 Di (%o )
acoples comprimidos
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SEÑALAMIENTO AUTOMÁTICO
14
ESTACIÓN EN VÍA SENCILLA
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Tracción ferroviaria
Fenómeno de rodadura
M
r
F
R
TL
mTL
.
Si :
F R
F> R
F
y
y
y
y
TL= Peso de la locomotora (ejes tractivos).
M = Momento transmitido por el motor.
R = Resistencia del tren.
F = Fuerza en la llanta = M / r
m= Coeficiente de adherencia rueda - riel.
0,33: Riel seco.
0,10: Riel húmedo.
F  mTL  Inmovilidad (ni giro ni traslación).
F > mTL  Giro con resbalamiento sin traslación.
F > mTL  Traslación con resbalamiento.
F  mTL  Traslación sin resbalamiento.
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Tracción ferroviaria
Resistencias al avance
• Resistencia al movimiento uniforme: Ro
–
–
–
–
Rozamiento en los ejes.
Rodamiento rueda - riel.
Movimientos anormales (sacudidad y oscilaciones).
Fricción con el aire.
• Resistencias accidentales:
– De inercia (al cambio de velocidad tangencial): Ri
– A las pendientes: Rp
– A las curvas horizontales: Rc
R = Ro + Ri + Rp + Rc
con R en kg
= ( ro + ri + rp + rc ) ( T + TL) con r en kg/ton y T y TL en ton
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Tracción ferroviaria
Resistencia al movimiento uniforme
Fórmula de Davis (1926, modificada en 1970):
ro = 0,27 + 9 / w + 0,003 V + 0,175 k V 2 / n w
donde:
ro = Resistencia al movimiento uniforme en kg/ton
P = Peso total (ton)
w = Peso promedio por eje (ton)
n = Nro. de ejes por vehículo
k = Coeficiente de resistencia del aire
= 0,07 (para vehículos convencionales)
V = Velocidad en km/h
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Tracción ferroviaria
Resistencia de inercia
Principio de inercia:
R=ma
En la práctica:
Ri = [ ( P / g ) a ] b
y
ri = ( a / g ) b
donde:
ri = Resistencia de inercia en kg/ton
P = Peso total (ton)
a = Aceleración del tren (m/s2)
g = Aceleración de la gravedad (m/s2)
b= Coeficiente de inercia de masas rotatorias (1,04 a 1,08)
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Tracción ferroviaria
Resistencia a vlas pendientes
Fuerza que se
opone al
movimiento
P sen a
P cos a
a
Resistencias al
rozamiento y al
rodamiento
P
Para a 0  sen a tg a
Rp = P tg a= P i
y
rp = i
donde:
rp = Resistencia a la pendiente en kg/ton
P = Peso total (ton)
i = Pendiente en por mil
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Tracción ferroviaria
Resistencia a las curvas horizontales
Debida al rozamiento de las ruedas sobre los rieles (pestañas
y llantas) para acomodarse al cambio de curvatura que hace
que el externo sea más largo que el interno.
Fórmula de Desdowitz:
rc = 500 t / R
donde:
rc = Resistencia a la curvatura horizontal en kg/ton
t = Trocha (m)
R = Radio de la curva (m)
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Tracción ferroviaria
Fuerza en el Gancho
TL
LOCOMOTORA
T
FG
TREN REMOLCADO
F
FG = F - RL TL
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Tracción ferroviaria
Fuerza tractiva de la locomotora (I)
Curva de Fuerza Tractiva a
Plena Potencia
mTL
F = 270 P / V
donde:
F = Fuerza en la llanta (kg)
P = Potencia (HP)
V = Velocidad (km / h)
Vc = Velocidad Crítica
V
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Tracción ferroviaria
Fuerza tractiva de la locomotora (II)
mTL
Fa = F - R
disponible para acelerar
R del tren
R > F Sin movimiento
Vr = Velocidad
de Régmen
V
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Rampa Máxima
En la máxima rampa que puede subirse por simple adherencia:
R = mTL = Ro + Ri + Rp + Rc
si V = cte y es una una recta
Ri = Rc = 0
mTL = ( ro + rp ) ( T + TL)
mTL = ( roc + imáx ) ( T + TL)
imáx = [ mTL / ( T + TL) ] - roc
donde:
roc = Resistencia al movimiento uniforme para Vc
imáx = Máxima pendiente que puede subirse por adherencia.
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Rampa Determinante
Velocidad de Régimen Continuo (VRC)
Mínima velocidad a plena potencia que puede mantenerse por
tiempo ilimitado sin recalentamiento excesivo de los motores (dato
del fabricante).
Rampa Determinante (id)
Máxima rampa para máxima potencia y Velocidad de Régimen
Continuo.
Rampas mayores pueden salvarse a velocidades menores o por
inercia o corte del tren a velocidades menores que VRC.
En general puede adoptarse id = 25 %o.
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Longitud Virtual
Longitud ideal en recta y horizontal que requiere el mismo
consumo energético (trabajo mecánico) que el trazado en
estudio:
LV = W / Rrecta y horizontal
= (Wpromedio por rampa ambos sentidos+ Wcurva) / [ ro ( T + TL) ]
El trazado ferroviario se basa en minimizar la Longitud Virtual.
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Trabajo mecánico en un trazado
El trabajo mecánico en una sección recta y horizontal de longitud “d”:
W = R d = r o ( T + TL ) d
en rampa con i ro :
Wsubida = ( ro + i ) ( T + TL) d
Wbajada = ( ro - i ) ( T + TL) d
Wpromedio = ( Wsubida + Wbajada ) / 2 = ro ( T + TL) d
en rampa con i >ro :
Wsubida = ( ro + i ) ( T + TL) d
Wbajada = 0
Wpromedio = [ ( ro + i ) / 2 ] ( T + TL) d > ro ( T + TL) d
(rampa nociva que requiere L > L en recta y horizontal)
en curva horizontal con rc > 0
Wcurva = rc ( T + TL) d = ( 500 t / R ) ( T + TL) [( 2 p R ) (a / 360°)]
= k ( T + TL) a
con k = 500 t 2 p / 360° = 8,73 t
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