proyecto fin de carrera -...

[SEFBA (Sistema de Estabilización de Ferrocarriles Basado en Acelerómetro)] Septiembre de 2014

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS

UNIVERSIDAD DE SEVILLA

PROYECTO FIN DE CARRERA

SEFBA (Sistema de Estabilización de Ferrocarriles Basado en Acelerómetro)

Ingeniería Superior de Telecomunicación

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Autor: Javier Paradela Sánchez Tutora: María del Mar Elena Pérez


Agradecimientos a:

María del Mar Elena Pérez por su dedicación y a José García Doblado por su inestimable ayuda.


ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................ 1

1.1 Antecedentes. ........................................................................................ 1

1.2 Objetivos. .............................................................................................. 8

1.3 Organización del documento. ................................................................... 9

2. ESTADO DEL ARTE........................................................................... 10

2.1 Introducción. ....................................................................................... 10

2.2 Base Teórica del proyecto. ..................................................................... 14

2.3 Coeficiente de rozamiento. .................................................................... 18

2.4 Estudio teórico del movimiento sobre curvas con peralte. ......................... 22

2.5 Discusión sobre los resultados del estudio del peralte. .............................. 26

2.6 Sistemas de frenado. ............................................................................ 27

2.6.1 Zapatas. .................................................................................................. 27

2.6.2 Frenos de disco. ....................................................................................... 28

2.6.3 Freno neumático. ...................................................................................... 29

2.6.4 Freno de patín electromagnético frotante. ................................................... 31

2.6.5 Freno lineal de corriente de Foucault. ......................................................... 32

3. DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN APORTADA. ...................................... 34

3.1 Introducción. ....................................................................................... 34

3.2 Escenario del proyecto. ......................................................................... 35

3.3 Estudio de la aceleración centrífuga. ...................................................... 37

3.4 Detección de lluvia. .............................................................................. 39

3.5 Resumen de conclusiones. ..................................................................... 40


4. REQUISITOS DEL SISTEMA ............................................................... 42

4.1 Requerimientos del proyecto.................................................................. 42

4.2 Elección del Dispositivo. ........................................................................ 43

4.3 Herramienta Hardware. ........................................................................ 46

4.4 Descripción de la solución Software programada. ...................................... 48

5. RESULTADOS EXPERIMENTALES ........................................................ 51

5.1 Introducción. ....................................................................................... 51

5.2 Señalización. ....................................................................................... 52

5.3 Pruebas y comprobaciones. ................................................................... 54

6. CONCLUSIONES FINALES ................................................................. 58

6.1 Conclusiones finales y futuras líneas de trabajo. ...................................... 58

Anexo 1. DATASHEET DEL DISPOSITIVO. ......................................................... 60

Anexo 2. PRESUPUESTO Y PLANIFICACIÓN DE PROYECTO. ................................ 63

Anexo 3. CÓDIGO DE LA SOLUCIÓN SOFTWARE PROGRAMADA. ......................... 66

REFERENCIA Y BIBLIOGRAFÍA ........................................................................... 72


ÍNDICE DE FIGURAS

Figura.1: La porteña, primera locomotora del ferrocarril Oeste de Buenos Aires. ........ 2

Figura.2: Baliza Crocodile. .................................................................................. 3

Figura.3: Escobilla del sistema Crocodile instalada en un vagón. .............................. 3

Figura.4: CDU (Cab Display Unit) integra un velocímetro que indica la velocidad límite

que se aplica a cada señal. .................................................................................. 5

Figura.5: Unidad de visualización de velocidad. La barra vertical indica la velocidad

máxima en el tramo actual. ................................................................................. 5

Figura.6: Esquema del sistema ASFA. ................................................................... 6

Figura.7: Esquema del sistema ERTMS. ................................................................ 7

Figura.8: Esquema del movimiento de un vehículo a lo largo de una curva. ............. 14

Figura.9: Esquema de la situación del centro de masas de un vehículo circulando

sobre una curva. .............................................................................................. 15

Figura.10: Esquema de fuerzas existentes en el vehículo en movimiento. ............... 16

Figura.11: Valores de adherencia medidos por Wichert. ........................................ 18

Figura.12: Valores de adherencia medidos por Muller. ........................................... 19

Figura.13: Valores de adherencia medidos por Metzkow. ....................................... 19

Figura.14: Valores de adherencia medidos por Curtis y Kniffler. ............................. 20

Figura.15: Valores de adherencia medidos por la British Railways. ......................... 21

Figura.16: Esquema de fuerzas sobre un vehículo en una curva. ............................ 22

Figura.17: Zapata de frenado en rueda de tren. ................................................... 28

Figura.18: Sistema de frenado de discos en vehículo ferroviario. ............................ 29

Figura.19: Posición de reposo en el freno neumático. ........................................... 30

Figura.20: Posición de frenado en el freno neumático. .......................................... 31

Figura.21: Freno de patín.................................................................................. 32

Figura.22: Freno de corrientes de Foucault. ......................................................... 33

Figura 23: Curva “A Grandeira” en el municipio de Angrois. ................................... 35


Figura.24: Imagen de pluviómetro digital. ........................................................... 39

Figura.26: Pseudocódigo función “principal”. ........................................................ 49

Figura.27: Pseudocódigo función main. ............................................................... 50

Figura.28: Señal de iluminación de alarma. ......................................................... 52

Figura.29: Señal de iluminación de frenado de emergencia. .................................. 53

Figura.30: Cambio de estado del pin asociado a cada interrupción medido en el

osciloscopio. .................................................................................................... 55

Figura.32: Valores de los registros para “nivel_alarma” y “nivel_frenado” con lluvia. 57


ÍNDICE DE TABLAS

Tabla.1: Cuadro de estadísticas de sucesos notificados en 2012. ………………………………11

Tabla.2: Informes sobre descarrilamientos en España en 2012. ............................. 12

Tabla 3: Comparativa de diferentes eventos y su aceleración centrífuga. ................. 41

Tabla 4: Requisitos y características del dispositivo Hardware. ............................... 47


1. INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes.

Hoy en día el tráfico ferroviario cuenta por millones de usuarios al año sus cifras en

cualquier país medianamente desarrollado. Resulta obvio hacer destacar la necesidad

de los sistemas de frenado de seguridad y la gran importancia que tienen, de manera

cotidiana a nivel mundial, en todos los trayectos ferroviarios, ya sean transportando

mercancías o pasajeros. Su importancia es clave para evitar posibles situaciones de

peligro, o en el caso en que éstas se sucedan minimizar los efectos negativos que

afecten tanto a la seguridad de las personas, las infraestructuras disponibles o el

entorno en el que se encuentran.

El sistema de frenado de un ferrocarril/tren es muy importante ya que permite su

desaceleración, aceleración de control (cuesta abajo) o la inmovilidad completa cuando

está estacionado.

Existen diferentes sistemas de freno; algunos redundantes pero necesarios. Por

razones históricas, la terminología ferroviaria mezcla a menudo dos conceptos

diferentes bajo el término "control de tren": la intervención automática sobre el

movimiento del tren (en los sistemas más simples generalmente solo bajo la forma

de frenado de emergencia) y la señalización en cabina (que no obligatoriamente

controla la marcha del tren).

La frenada de los vehículos ferroviarios de alta velocidad se hace mediante unos

sistemas de frenada cuya acción es dependiente de la adherencia entre rueda y carril

(freno con disco, freno rotativo con corrientes Foucault, etc.) o independiente de ella

(freno electromagnético sobre carril, freno lineal con corrientes Foucault, etc.).

Para una mejor utilización del coeficiente de adherencia, los vagones de viajeros de

alta velocidad están previstos con una combinación de estos sistemas de frenada, es

decir, un freno que depende de la adherencia (freno con disco) y un freno que actúa

por otros medios (freno electromagnético sobre carril).

Las principales condiciones impuestas a los sistemas de frenada para los vehículos

ferroviarios de alta velocidad son las siguientes:

· Que asegure una frenada entre los límites de las deceleraciones admitidas.

· Que asegure una frenada en unos espacios de frenada muy cortos.

· Que necesite unas fuerzas de accionamiento reducidas.

· Que presente seguridad en funcionamiento y una fiabilidad muy grande.

· Que sea simple desde el punto de vista constructivo y al mismo tiempo barato.

http://www.ferropedia.es/wiki/Ferroviario

http://www.ferropedia.es/wiki/Freno_de_emergencia

http://www.ferropedia.es/wiki/Se%C3%B1alizaci%C3%B3n_en_cabina

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Estas condiciones, a veces antagonistas, se pueden respetar por la optimización de los

elementos de los sistemas de frenada, tanto desde el punto de vista de los materiales

utilizados como desde el punto de vista constructivo.

Si nos remontamos a las primeras líneas de ferrocarriles observamos que, en principio

las balizas servían como referencia al maquinista para tomar la decisión de detener o

no el tren, pero el problema residía en que la última decisión la tomaba el maquinista,

pudiendo pasar por alto alguna señal, debido a la falta de visibilidad o la distracción

momentánea, que le prohibiera el paso, que limitara la circulación en un trayecto a una

cierta velocidad o simplemente un semáforo señalizando un cruce.

Figura.1: La porteña, primera locomotora del ferrocarril Oeste de Buenos Aires.

A medida que la red ferroviaria fue creciendo y las líneas fueron conectando un mayor

número de ciudades, con el consecuente aumento de tráfico, se hizo necesaria la

creación de sistemas de seguridad más autónomos y que dependieran en la menor

medida posible del error humano.

Los primeros elementos no visuales que se crearon para apoyar la señalización lateral

son muy antiguos, apareciendo en 1842, siendo la primera línea ferroviaria construida;

la que unía las ciudades británicas de Liverpool y Manchester en 1830. E.A. Cowper

patentó la primera señal acústica, el “detonador”.

Se trataba de un tipo de petardo que estallaba cuando el tren pasaba por encima.

Estos petardos eran únicamente usados en situaciones de peligro, ya que debían ser

colocados manualmente.

El siguiente paso se dio en Gran Bretaña y E.E.U.U. cuando, a partir de 1850 se

comenzó la automatización de señales acústicas, mediante contactos mecánicos entre

las señales y las locomotoras. Los primeros aparatos eran una señal acústica,

normalmente un gong instalado lateralmente a la vía. Si la señal indicaba parada una

barra tocaba las ruedas y sonaba el gong. Más adelante, el gong fue instalado en

la locomotora, constituyendo, así, la forma más temprana señalización en cabina.

http://www.ferropedia.es/wiki/Se%C3%B1al


http://www.ferropedia.es/wiki/Locomotora


http://www.ferropedia.es/wiki/Rueda


http://www.ferropedia.es/wiki/Se%C3%B1alizaci%C3%B3n_en_cabina


Alrededor del año 1872, se crea en Francia el "Crocodile", un nuevo sistema de control

del tren con un ciclo de vida más largo, pues todavía está en operación en las redes

francesas y belgas. Básicamente se trataba de la repetición de señales laterales. El

término "Crocodile" deriva de la forma del dispositivo de la rampa colocada entre

los carriles, que se utiliza para establecer un contacto galvánico electromecánico y

transmitir información a la locomotora.

El “Crocodile” es una barra de metal ondulada de unos 2 metros de longitud, obtiene

su nombre por el parecido con la figura de un cocodrilo. Se sitúa entre los carriles,

entra en contacto físico con una escobilla instalada a bordo del tren. La barra está bajo

tensión ± 20 V, en función del aspecto de la señal. El conductor recibe una indicación

de aviso a la que ha de responder. Si no lo hace, se activa el freno

automático. “Crocodile” no supervisa velocidad o distancia, solo actúa como sistema de

vigilancia.

Figura.2: Baliza Crocodile.

Figura.3: Escobilla del sistema Crocodile instalada en un vagón.

http://www.ferropedia.es/wiki/1872

http://www.ferropedia.es/wiki/Crocodile



http://www.ferropedia.es/wiki/Carril


http://www.ferropedia.es/wiki/Carril

http://www.ferropedia.es/wiki/Tren


http://www.ferropedia.es/wiki/Freno_autom%C3%A1tico

http://www.ferropedia.es/wiki/Freno_autom%C3%A1tico


A partir de este avance, la implementación del primer sistema de control de trenes

estaba a un paso. Sobre el 1870, Axel Vogt, que trabajaba como jefe de mecánicos del

ferrocarril en Pennsylvania, colocó un tubo de vidrio en la cabina, este tubo estaba

conectado al cilindro del freno neumático. Su funcionamiento era sencillo; si un tren

sobrepasaba una señal de parada, una palanca colocada en la misma señal golpeaba el

tubo de vidrio y lo rompía, momento en el cual, se accionaban los frenos.

El primer sistema de control de trenes utilizado a gran escala fue el ATC (control automático del tren) de la compañía británica GWR, que fue introducido en 1906.

El ATC se basó en el sistema francés "Crocodile" pero, además de la señal acústica,

también tuvo desde el principio métodos de visualización mecánica en la cabina y de

accionamiento automático del freno de emergencia. Aunque el ATC y los sistemas

similares han experimentado varias modificaciones, el principio de base es el mismo, y

todavía se utiliza hoy. El término es especialmente común en Japón, donde se utiliza

en todos los Shinkansen, es decir todos los trenes bala de la red de alta velocidad

japonesa.

En 1920, el ferrocarril de Pennsylvania introdujo el sistema de CCS (Continuous Cab

Signals) [1], que suele estar considerado como un hito en la historia de sistemas de

control de trenes. El CCS es el antepasado de muchos sistemas existentes, incluyendo

el BACC italiano y el ATB holandés.

En vez de contactos electromecánicos siendo sus partes móviles posibles fuentes de

averías, el CCS se basa en un contacto inductivo entre circuitos cifrados en la vía y un

receptor en la locomotora. Desde el principio fueron utilizadas luces de colores para

anunciar en la cabina el aspecto de la próxima señal.

El sistema original tenía dispositivo de intervención automática del freno, pero fue

desactivado más adelante por algunas compañías. El CCS anunciaba las señales en

la cabina tan correctamente que algunas compañías ferroviarias americanas quitaron

las señales laterales para reducir gastos de explotación. Después de la primera guerra

mundial, CCS fue transferido a la Unión Soviética. En lo que se refiere a longitud

de líneas equipadas, CCS es el sistema mayoritario en el mundo.

http://www.ferropedia.es/wiki/ATC





http://www.ferropedia.es/wiki/Cabina

http://www.ferropedia.es/wiki/Freno_de_emergencia



http://www.ferropedia.es/wiki/CCS


http://www.ferropedia.es/mediawiki/index.php?title=BACC&action=edit&redlink=1


http://www.ferropedia.es/wiki/V%C3%ADa




http://www.ferropedia.es/wiki/Freno






http://www.ferropedia.es/wiki/L%C3%ADnea


Podemos observar alguno de los indicadores de cabina del sistema CCS.

Figura.4: CDU (Cab Display Unit) integra un velocímetro que indica la velocidad límite que se aplica a cada señal.

Figura.5: Unidad de visualización de velocidad. La barra vertical indica la velocidad máxima en el tramo actual.

Mientras, en Alemania, la compañía Siemens comenzaba el desarrollo de Indusi

(Induktive Signalsicherung) [2], el primer sistema de control aplicado a gran escala

que incorporó la supervisión de la curva de frenado.

http://www.ferropedia.es/wiki/Indusi


De una forma semejante al CCS americano, también utiliza inducción para transmitir la

información, pero la transmisión tiene lugar solamente en puntos discretos, mediante

circuitos magnéticos en la locomotora y en las señales. Debido a su confiabilidad, a la

simplicidad y a la capacidad de parar el tren antes del punto de peligro, Indusi y sus

derivados se convirtió en el sistema de control más popular en buena parte de Europa.

La evolución de los sistemas de seguridad hoy en día se ha encaminado hacia el uso de

los transpondedores [3] para la comunicación entre las balizas localizadas en la vía y

los equipos que puede observar y manejar en conductor. En este sentido se ha

desarrollado el sistema español ASFA (Anuncio de Señales y Frenado Automático) [4],

que es un sistema de repetición de señales en cabina con ciertas funciones de control

del tren, que se basa en la transmisión puntual vía - locomotora, para garantizar el

cumplimiento de las órdenes establecidas por las señales convencionales. Y el sueco

EBICAB [5], que es un sistema de señalización con supervisión semicontinua de la

velocidad, por medio de la transmisión vía-tren de información puntual desde las

balizas instaladas en vía.

Figura.6: Esquema del sistema ASFA.

Más reciente aún es la transmisión sin hilos que es el sistema utilizado por el

europeo ERTMS (European Rail Traffic Management System) [6] y sus antecesores FFB

(FunkFahrBetrieb) y FZB (FunkZugBeeinflussung) de la Deutsche Bahn [7].

ERTMS es un importante proyecto industrial europeo que cuenta con el apoyo de la

Comunidad Europea para su desarrollo e implantación en las líneas de ferrocarriles

transeuropeas. El objetivo final es crear un sistema común en Europa de gestión

y señalización de las líneas ferroviarias de todos los países, para así mejorar la

competitividad del ferrocarril como modo de transporte. El núcleo principal del sistema

ERTMS está conformado por dos componentes técnicos:




http://www.ferropedia.es/wiki/Tren




http://www.ferropedia.es/wiki/Sistemas_de_control_de_trenes


http://www.ferropedia.es/wiki/V%C3%ADa



http://www.ferropedia.es/wiki/ERTMS

http://www.ferropedia.es/wiki/Deutsche_Bahn

http://www.ferropedia.es/wiki/Ferrocarril


http://www.ferropedia.es/wiki/L%C3%ADnea

http://www.ferropedia.es/wiki/Ferrocarril


GSM-R (Global System for Mobile Communications – Rail (way)) es el sistema de

comunicación inalámbrico que asegura las comunicaciones (voz y datos)

entre vehículos e instalaciones fijas.

ETCS (European Train Control System) es el componente que realiza las

funciones de señalización y control de tráfico. Incluye un sistema ATP (Automatic

Train Protection) y la interfaz para enclavamientos y que garantizan la seguridad

de la circulación de trenes.

Figura.7: Esquema del sistema ERTMS.

A pesar de los antepasados comunes, casi todos los sistemas existentes son

completamente incompatibles. La creación de las eurobalizas y sobre todo de ERTMS,

debe terminar con esta "torre de Babel de estándares".

Para más información sobre los diferentes sistemas de seguridad existentes en la

actualidad, sus características y sus países de implantación, véase [8] y [9].

http://www.ferropedia.es/wiki/GSM-R

http://www.ferropedia.es/wiki/Veh%C3%ADculo

http://www.ferropedia.es/wiki/ETCS



http://www.ferropedia.es/wiki/ATP

http://www.ferropedia.es/wiki/Enclavamiento

http://www.ferropedia.es/wiki/Eurobaliza



1.2 Objetivos.

Como vimos en el apartado anterior, los mecanismos de seguridad utilizados hasta el

momento se basan en señalizaciones y actuaciones ocasionales en el ferrocarril cuando

las condiciones de la circulación no son las que debieran, ya sea porque; va en contra

de lo establecido para el tramo en concreto o se requiera que sean unas definidas por

algún contratiempo ocasional o porque pude darse una situación de peligro.

En cualquiera de los tres casos citados, estos sistemas avisan al conductor para que

actúe en consecuencia con el problema existente, siendo él mismo el encargado de

adecuar la circulación a la requerida, o en su defecto, en el caso en que el conductor

no pudiera hacer frente al imprevisto, actuando de forma autónoma sobre el vehículo,

pero siempre en el ámbito de la prevención de situaciones de riesgo.

Podría decirse que este proyecto nace con la intención de cumplir dos objetivos

esenciales dentro del campo de los sistemas de seguridad en la circulación ferroviaria.

1. En primer lugar, sabiendo que los mecanismos vistos hasta ahora son en su

mayor parte de prevención, se hace visible la necesidad de un sistema de

actuación para ocasiones en las que la prevención haya resultado

inefectiva, sea por mala praxis del personal o por fallo de los elementos de

seguridad.

2. En segundo lugar, en cualquier sistema, la redundancia de los elementos de

seguridad o equipos actuadores se antoja necesaria, ya que, incrementando el

número de barreras al fallo se reduce de forma drástica la posibilidad de error y

con ello la peligrosidad. Aportando un nuevo elemento de seguridad, ante la

posibilidad de que ocurran fallos en los sistemas implantados hoy día en las

líneas ferroviarias, el riesgo de accidente disminuiría, y sobra exponer lo

beneficioso de ello.

La solución expuesta en este proyecto está pensada para situaciones de riesgo elevado

que se puedan producir en trayectos con curvas pronunciadas, que junto con una

velocidad inadecuada en su recorrido pueda causar el descarrilamiento del tren o

incidentes de consecuencias parecidas. Aunque podría perfectamente extrapolarse a

recorridos con un trazo más favorable, para el caso en que surgieran problemas de

inestabilidad por algún tipo de imprevisto puntual.


1.3 Organización del documento.

Este documento se ha redactado para exponer cómo ha sido el proceso de trabajo

llevado a cabo para diseñar nuestro dispositivo así como el estudio de los principios teóricos que servirán como base. Se pretende que su exposición sea descriptiva, sin

embargo, no se aportarán todos los detalles en su totalidad, dejando en los anexos y la bibliografía todas las características técnicas derivadas del diseño hardware y software del dispositivo.

Podemos observar que disponemos de seis capítulos bien diferenciados que servirán

como guía para el correcto entendimiento de nuestro proyecto y su objetivo.

En el primer capítulo haremos una pequeña introducción a la evolución de los sistemas

ferroviarios de seguridad, que serán el tema sobre el que girará todo el documento, e

introduciremos el objetivo de nuestro proyecto, así como las ideas que nos han llevado

a plantearnos una solución de este tipo.

Más adelante, en el segundo capítulo, discutiremos la base teórica del proyecto,

estudiaremos en profundidad los conceptos físicos que actúan en el movimiento de un

vehículo a lo largo de una trayectoria curva, diferenciando los casos en los que exista

peralte o no.

Del mismo modo, justificaremos la procedencia o el valor de los parámetros necesarios

para la resolución de nuestro problema en cuestión, repasaremos los diferentes

sistemas de frenado existentes en los vehículos ferroviarios hoy en día, y todo ello

aportando estudios, gráficas y una gran cantidad de material de apoyo.

Para el tercer capítulo dejaremos la información perteneciente al escenario de nuestro

proyecto, haciendo hincapié en la importancia de adecuar nuestro sistema a los

cambios climatológicos y a la forma en que nos adecuaremos a estos. Situaremos con

precisión el entorno de trabajo, los límites máximos de funcionamiento, para terminar

con el planteamiento de unas conclusiones que condicionarán el posterior diseño.

En el capítulo 5, abordaremos la elección del hardware necesario para la creación del

prototipo del sistema, aportaremos información sobre los requisitos imprescindibles

para llevar a cabo el cometido y como nuestro dispositivo elegido los cubre. Daremos

información sobre sus características técnicas y el porqué de su elección, para concluir

con todo lo concerniente a la programación de la solución software.

En los dos últimos capítulos nos referiremos a la señalización elegida para la

comunicación de los eventos posibles, así como a las pruebas llevadas a cabo para

comprobar el correcto funcionamiento del prototipo, dejando para el final un apartado

en el que discutiremos, tanto las conclusiones a las que hemos llegado tras la correcta

creación de nuestro dispositivo, como a las posibles líneas de trabajo que se podrían

abordar en un futuro.


2. ESTADO DEL ARTE

2.1 Introducción.

En el año 2012 la Comisión de Investigación de Accidentes Ferroviarios (CIAF) presenta

su memoria anual (la quinta desde su constitución y la octava desde que la Directiva Europea de Seguridad 49/2004/CE lo estableciera) cumpliendo la obligación de realizar una memoria en cada país que recogiera una síntesis de las investigaciones llevadas a

cabo anualmente por el organismo investigador nacional.

Esta memoria, que se redacta dentro del plazo que prevé el artículo 25 del Reglamento sobre seguridad en la circulación de la Red Ferroviaria de Interés

General ‐ R.D. 810/2007, de 22 de junio, resume las investigaciones técnicas iniciadas, todas ya concluidas, que la CIAF ha llevado a cabo sobre los accidentes e incidentes ferroviarios que han tenido lugar en la Red Ferroviaria de Interés General

(RFIG) entre el 1 de enero y el 31 de diciembre de 2012, y que fueron notificados por los administradores de la infraestructura (Adif, Feve, TPFerro y Autoridades Portuarias)

y empresas ferroviarias. En España, el proceso de transición normativa, iniciado con la promulgación de la Ley

del Sector Ferroviario (Ley 39/2003, de 17 de noviembre, BOE nº 276, de 18 de noviembre) y el reglamento que la desarrollaba (R.D. 2387/2004, de 30 de diciembre,

BOE nº 315, de 31 de diciembre), culminó con la aprobación del Reglamento sobre seguridad en la circulación de la Red Ferroviaria de Interés General (R.D.

810/2007, de 22 de junio, publicado en el BOE nº 162, de 7 de julio), que transpuso la Directiva 49/2004 sobre la seguridad de los ferrocarriles comunitarios, y derogó el texto relativo a la investigación de accidentes que recogía el citado

Reglamento del Sector Ferroviario.

La entrada en vigor del nuevo reglamento de seguridad supuso, entre otras cosas, la creación de un nuevo organismo investigador: la Comisión de Investigación de accidentes ferroviarios (CIAF), que sustituía en esta labor a la Dirección General de

Ferrocarriles (DGF).

En noviembre de 2009, la Comisión de las Comunidades Europeas publicó la Directiva 2009/149/CE de la Comisión por la que se modifica la Directiva 2004/49/CE en lo que se refiere a los indicadores comunes de seguridad y a los métodos comunes de cálculo

de los costes de los accidentes (publicado en el DOCE, L313/65). En ella se modifica el anejo 1 de la directiva de seguridad y se complementa con un apéndice que recoge las

definiciones para los indicadores comunes de seguridad.


Esta directiva se transpuso a nuestro ordenamiento jurídico a través del Real Decreto 918/2010, de 16 de julio, publicado en el BOE nº 189, de 5 de agosto, que modifica de

forma parcial el vigente reglamento sobre la seguridad ferroviaria (R.D. 810/2007). La última modificación del citado reglamento se llevó a cabo con la publicación del Real

Decreto 641/2011, de 9 de mayo, publicado en el BOE nº 111, de 10 de mayo que introdujo lo dispuesto en la Directiva 2008/110/CE del Parlamento Europeo y del Consejo que modifica la Directiva 2004/49/CE en ciertos aspectos, entre otros, los

certificados de seguridad y su ámbito de aplicación y se amplía con lo referente al mantenimiento de los vehículos.

La investigación de los sucesos ferroviarios pertinentes (accidente grave, accidente e incidente) da lugar a la elaboración de un informe técnico que recoge los datos

relativos al suceso, las investigaciones realizadas, las conclusiones y, cuando proceda, las recomendaciones formuladas.

En 2012 se han elaborado diez exámenes preliminares, decidiéndose investigar uno de ellos. Dos de los sucesos de los que se ocuparon estos exámenes preliminares estaban

relacionados con aspectos del sistema ferroviario (rebase de señal y descarrilamiento). Cuatro fueron arrollamientos de persona cruzando por pasos entre andenes en

dependencias y otros cuatro cruzando por lugares no habilitados (tres, en plena vía). Otros dos sucesos ocurrieron en pasos a nivel situados en plena vía, siendo arrollados

sendos vehículos automóviles (uno de los cuales fue finalmente investigado). Durante 2012 se decidió la investigación de 23 sucesos y la redacción de 10 exámenes

preliminares del total de 80 que fueron notificados y que tuvieron lugar en la RFIG, cuya catalogación figura en el siguiente cuadro y gráfico:

Tabla.1: Cuadro de estadísticas de sucesos notificados en 2012.


De los sucesos investigados el 35% son accidentes por descarrilamiento, seguido de los accidentes por colisión e incidentes de conato de colisión, que representan cada uno el

22%. Como en 2011, los sucesos en los que resultaron determinantes aspectos relacionados con el sistema ferroviario representan más del 95% (22) de los

investigados. La práctica totalidad de los heridos leves (98%) y el único herido grave se vieron

involucrados en colisiones, el 78 % de ellos en colisiones de trenes y el resto en colisiones con obstáculos presentes en la vía. El único suceso ocurrido en un paso a

nivel provocó que el conductor del vehículo automóvil resultara herido leve al cruzar el paso que estaba protegido por señales fijas (tipo A).

Nuestro proyecto se centra en una parte muy concreta de toda esta casuística, por lo que pasaremos a dar datos precisos sobre los incidentes o accidentes relacionados con

el descarrilamiento de trenes que aparecen en el último informe. Durante el año 2012 se han investigado ocho accidentes por descarrilamiento, todos

menos dos producidos en la red gestionada por Adif. Ninguno de estos ocho accidentes ha ocasionado víctimas. La causa de todos estos accidentes es atribuible al sistema

ferroviario. En cinco de ellos el fallo de material forma parte de la causa del suceso, compartiendo responsabilidad en dos de ellos: uno, con un fallo de infraestructura y

otro, con un fallo humano. La investigación de estos ocho accidentes ha dado lugar a 16 recomendaciones que representan el 48% del total formulado.

Tabla.2: Informes sobre descarrilamientos en España en 2012.


A tenor de este informe del año 2012 y de los anteriores [10], podemos observar que los datos son bastante buenos en cuestiones de mortandad o en lesiones graves, ya

que en parte los sucesos se dan en transportes de mercancías. Sin embargo, si atendiéramos al informe de 2013, todavía por publicar, podríamos ver un cambio

bastante importante debido al grave accidente de Santiago de Compostela, que dejó 78 víctimas mortales y otras 130 heridas.

A finales de Julio de 2013 la Agencia Ferroviaria Europea (EFE) expuso que el riesgo de

accidentes ferroviarios mortales en España está muy por debajo de la media de la

Unión Europea (UE), cuyas cifras indican que el peligro es casi un 50 % menor que en

el conjunto europeo.

Un portavoz comunitario explicó que el riesgo de que un accidente ferroviario

desemboque en el peor de los escenarios es de 0,16 muertos por millón de kilómetros

en España, frente a 0,31 a nivel de la UE. España se sitúa en el lado de los países con

el menor riesgo en las estadísticas, a la par de Francia y muy delante de otros Estados

miembros de la Unión como Bélgica o Portugal. De hecho, es el noveno país, junto con

Francia, con el menor riesgo de muertes en accidentes ferroviarios.

En cualquier caso, las medidas de seguridad nunca dejan de ser pocas y en este

proyecto trataremos de aportar un nuevo equipamiento que reduzca en la medida de lo

posible sucesos como los que año tras año se dan en nuestro país.


2.2 Base Teórica del proyecto. Como bien dijimos en lo escrito sobre los objetivos de este proyecto, trataremos de

aportar un sencillo sistema de frenado de seguridad que ayude a evitar situaciones de riesgo. La concepción del mismo viene efectuada para aportar sustento al vehículo

ferroviario cuando se encuentre en una trayectoria curva, aunque del mismo modo puede adaptarse a situaciones inesperadas, que surjan en recorridos más rectilíneos.

Para contextualizar el marco en el que debemos situar al vehículo y la problemática a solucionar, pasaremos a presentar los diferentes agentes a tener en cuenta y cómo

puede afectarnos cada uno de ellos en nuestro problema. Comenzaremos por una explicación detallada del movimiento de cualquier cuerpo por

una trayectoria curva y las fuerzas que actúan sobre él.

Figura.8: Esquema del movimiento de un vehículo a lo largo de una curva.

Suponemos que el vehículo describe una trayectoria circular de radio (R) con velocidad constante v. Para un observador, situado fuera del vehículo, las fuerzas que actúan

sobre el móvil son:

El peso (P) cuya expresión es: P = m·g

La reacción del suelo sobre el vehículo: N La fuerza de rozamiento con el suelo: Fr

Como en principio hay equilibrio en sentido vertical, se cumple que el valor del peso del vehículo coincide con la normal del sistema:

N = m·g


Ahora, si aplicamos la segunda ley de Newton al movimiento en la dirección radial, tendremos las equivalencias:

𝐹𝑐 = m·𝑎𝑛 = m·𝑣2

𝑅

Siendo 𝐹𝑐 la fuerza centrífuga, 𝑎𝑛 la aceleración con dirección normal saliente de la

circunferencia, v la velocidad del móvil y R el radio de la circunferencia que describe. A medida que se va incrementando la velocidad de movimiento, se incrementa de la

misma manera, la fuerza de rozamiento, hasta que alcanza un valor máximo dado por el producto del coeficiente de rozamiento estático por la reacción del plano

𝐹𝑟 = µ·N

La velocidad máxima que puede alcanzar el vehículo para que se describa una trayectoria circular de radio R es:

m·𝑣2

𝑅 = µ·N y con ello: v = √𝜇 · 𝑅 · 𝑔

Cuando el vehículo comienza el movimiento la velocidad es nula. A medida que va adquiriéndola, la fuerza de rozamiento va creciendo paralelamente a ella, hasta

alcanzar su valor máximo, µ·N. Si en un momento dado la velocidad del móvil es mayor que la máxima calculada la trayectoria deja de ser circular, ya que se produce

que el valor de la fuerza centrífuga sobrepasa al de la fuerza de rozamiento.

Ahora pasaremos a estudiar la estabilidad del vehículo cuando se mueve a lo largo de la curva mencionada.

Figura.9: Esquema de la situación del centro de masas de un vehículo circulando sobre una curva.


Debido a la distribución de carga, el centro de masas está situado en la posición 𝑥𝑐, 𝑦𝑐

tal como se puede observar en la figura anterior. Para un observador que viaje con el vehículo, las fuerzas que actúan sobre él, serán las que vemos en el siguiente dibujo.

Figura.10: Esquema de fuerzas existentes en el vehículo en movimiento.

𝑁1 y 𝑁2 son las fuerzas que ejerce el suelo sobre cada rueda del vehículo.

𝐹1 y 𝐹2 son las fuerzas de rozamiento que se oponen al deslizamiento del

vehículo en dirección radial y hacia afuera. El peso del vehículo P = m·g, actúa en el centro de masas.

La fuerza centrífuga 𝐹𝑐, también actúa en el centro de masas. Si el vehículo, sobre la dirección radial, permanece en reposo tendremos dos

ecuaciones:

𝑁1 + 𝑁2 = m·g

𝐹𝑐 = 𝐹1 + 𝐹2

Si tomamos los momentos respecto del punto O, tenemos la siguiente ecuación:

- 𝑁1· a - 𝐹𝑐 · 𝑦𝑐 + m·g·𝑥𝑐 = 0

Si sabemos que a es la distancia entre las ruedas y despejamos 𝑁1, su valor es:

𝑁1 = 𝑚·𝑔· 𝑥𝑐 − 𝐹𝑐 · 𝑦𝑐

𝑎

Con este valor podemos observar dos posibles situaciones:


1) El vehículo desliza.

La fuerza centrífuga 𝐹𝑐 = 𝐹1 + 𝐹2, no puede superar el valor máximo, que viene dado

por µ·𝑁1 + µ·𝑁2 = µ·m·g. Siendo la condición para que el vehículo deslice: 𝑣2

𝑅 = µ·g.

Si se cumple que 𝐹𝑐 < µ·m·g, el vehículo no desliza y sigue la curva.

2) El vehículo vuelca.

A medida que aumenta la velocidad del vehículo, aumenta la fuerza centrífuga, hasta

que 𝑁1 se hace cero. Un incremento posterior de la velocidad del móvil hará que éste empiece a volcar.

La condición para que se comience a volcar es: 𝑁1 = 0 o 𝑣2

𝑅 =

𝑔· 𝑥𝑐

𝑦𝑐.

Si tenemos que 𝐹𝑐 · 𝑦𝑐 < µ·m·g, el vehículo no llega a volcar [11]. Podemos deducir de las fórmulas que a mayor altura del vehículo mayor facilidad habrá

para que éste pueda volcarse. Se ve por simple inspección que si la altura se hace

mayor, el centro de gravedad, que se encuentra en el punto (𝑥𝑐, 𝑦𝑐) tendrá un nuevo

valor (𝑥𝑐, 𝑦𝑐 + 𝛥𝑐), que sustituyendo en la ecuación de 𝑁1 queda:

𝑁1 = 𝑚·𝑔· 𝑥𝑐 − 𝐹𝑐 · (𝑦𝑐 + 𝛥𝑐)

𝑎

Podemos ver, de forma sencilla, que para un valor menor de 𝐹𝑐 , comparado con el caso

anterior, en el que la altura era menor, se cumple la condición de volcado, 𝑁1 = 0.

Como la realización de este proyecto final de carrera en su mayor parte estuvo

motivado por el trágico accidente que se produjo el pasado 24 de Julio de 2013 en la curva “A Grandeira” a unos 3 kms de Santiago de Compostela, centraremos nuestro

estudio sobre el modelo implicado en el incidente; un Talgo Serie 730.

Como podemos ver en el siguiente enlace [12], la serie 730 es resultado de adaptar la serie 130 a los que se incorporan equipos de tracción diésel, dos motores de 1.800 kW

con alternador y rectificador de corriente. Las características técnicas de esta serie podemos consultarlas en la sección de RENFE [13].

Pasamos a hacer un estudio del comportamiento de nuestro vehículo cuando se mueve

a lo largo de una curva de radio dado R, y correctamente ajustada con su peralte de seguridad.


Antes de comenzar con el estudio, debemos designar un valor o conjunto de valores para el coeficiente de rozamiento entre ruedas y rieles del carril, que deberemos

aplicar en las fórmulas. Diferentes estudios se han realizado a lo largo de la historia para determinar el comportamiento de las ruedas de los ferrocarriles, en cuanto a

adherencia sobre las vías se refiere, ya sea en condiciones favorables, es decir; con los carriles secos, o en condiciones contrarias, cuando los carriles se encuentran mojados debido a las inclemencias del tiempo u otros aspectos.

2.3 Coeficiente de rozamiento.

En este apartado trataremos de dilucidar qué valores debemos tomar para el coeficiente de rozamiento tanto para clima lluvioso como despejado apoyándonos en

diferentes estudios científicos. El valor que se decida tomar se utilizará en el planteamiento del problema y determinará los parámetros de la solución.

Comenzaremos plasmando los resultados obtenidos por Wichert en cuanto a los valores de adherencia en relación a la velocidad del vehículo, donde se puede apreciar como la

adherencia disminuye a medida que se incrementa la marcha.

Figura.11: Valores de adherencia medidos por Wichert.

Un año después, Muller realizó ensayos semejantes con tres tipos de locomotoras en

los ferrocarriles suizos de San Gotardo y Loetschberg. Obtuvo también un decremento de la adherencia en relación a la velocidad, pero con un perfil diferente.


Figura.12: Valores de adherencia medidos por Muller.

Estas conclusiones entran en conflicto con las obtenidas por Metzkow en sus pruebas en los ferrocarriles alemanes de entre Grunewald y Gusten. El tren del ensayo estaba

remolcado por una locomotora de vapor unida a unos coches de pasajeros, evitando así las variaciones cíclicas en los esfuerzos de tracción, y al final se remolcaba el vehículo

de medición, para asegurar con la mayor garantía, una velocidad constante. Metzkow separó sus observaciones en carriles secos y carriles mojados en dos bandas, llegando a la conclusión que la adherencia es independiente de la velocidad por encima

de los 100 km/h.

Figura.13: Valores de adherencia medidos por Metzkow.


En 1944 Curtis y Kniffler realizaron nuevas series de mediciones en los ferrocarriles federales alemanes, en los alrededores de Munich. Una locomotora eléctrica remolcaba

un coche dinamométrico y un número de coches con frenado independiente a la locomotora. Representaron los resultados sobre carriles secos y mojados en bandas

adyacentes. Mientras que el deslizamiento ocurre normalmente a bajas velocidades con valores máximos de adherencia, es de remarcar que en aquellos ensayos en los que la potencia de la locomotora es tal que el valor del esfuerzo tractor puede exceder el valor

correspondiente a la adherencia a altas velocidades, se puede presentar de igual modo el desplazamiento.

Figura.14: Valores de adherencia medidos por Curtis y Kniffler.

En la electrificación del trazado Manchester-Sheffield-Bath, en 1951, también se

incluyeron valores limitativos de la adherencia. Las observaciones fueron realizadas en un eje de una locomotora Bo-Bo, remolcada a diferentes velocidades por una

locomotora similar, manteniendo constante la velocidad con el control automático del freno. Se obtuvieron los siguientes resultados.


Figura.15: Valores de adherencia medidos por la British Railways.

Según los experimentos llevados a cabo por Watkins, las medidas de la reducción de la adherencia con el incremento de la velocidad, son probablemente debidas as

variaciones transicionales de la carga en el contacto con la rueda, disfunciones de control o a oscilaciones en la suspensión del boogie.

El examen estadístico de los resultados revela que en algunas circunstancias particulares, el valor efectivo de la adherencia es primeramente función de la

velocidad, la cantidad de humedad presente en la cabeza del carril y otros factores cuyo valor parece cambiar a lo largo de la longitud de la vía. La relación entre la

adherencia y la velocidad aparece en la figura anterior. Podremos estudiar con más detalle la relación entre ferrocarril y vía en el libro [14].

Al tratarse de estudios evolutivos en el tiempo de diferentes fuentes, y por tratarse de una institución de reconocido prestigio, tomaremos como referencia los valores de

adherencia expuestos por la British Railways.

Extrapolando en las gráficas, y centrándonos en nuestro problema en concreto, que nos lleva nuestro estudio a una curva en la que la velocidad máxima está limitada a 80 km/h, podemos deducir que los coeficientes de rozamiento para carriles secos y

mojados serán:

𝜇𝑠 ≈ 0.3, para carriles secos.

𝜇𝑚 ≈ 0.15, para carriles mojados.


2.4 Estudio teórico del movimiento sobre curvas con peralte.

La base de este apartado es el estudio del recorrido del tren sobre curvas con peralte,

situación que será el núcleo de nuestro proyecto. Trataremos de averiguar cómo influye la inclinación del plano de movimiento sobre el vehículo y su velocidad describiendo el problema con detalle. Del mismo modo, fijaremos nuestra postura con respecto a las

diferencias que surgen al tratar con entornos lluviosos y despejados.

Un esquema general del vehículo circulando sobre una curva con peralte, podría ser el siguiente:

Figura.16: Esquema de fuerzas sobre un vehículo en una curva.

Cuando un tren recorre una curva en unos raíles de metal, hay, en cada instante un equilibrio entre las fuerzas que le mantienen en la vía, siendo las principales; la fuerza centrífuga, la fuerza centrípeta, la componente normal de la fuerza motriz, el peso del

tren y el rozamiento de las ruedas sobre el carril.


Las dos primeras fuerzas obran en sentido inverso, en el plano de oscilador, y su valor común es:

𝑣2 · 𝑃

𝑔 · 𝑅

donde P representa al peso del tren, v es su velocidad en metros por segundo, R el

radio de curvatura y g la aceleración de la gravedad.

La fuerza motriz se considera que actúa en el mismo plano y se aplica al vehículo mediante las barras de enganche. Obra según cuerdas cuya longitud es la misma que

la de los vehículos. Designamos mediante l la longitud media de las cuerdas, y por F a la fuerza motriz, la componente normal de ésta estará dada por la expresión:

𝑙 · 𝐹

2 · 𝑅

El rozamiento se ejerce en planos tangentes a las llantas de las ruedas, sin embrago se

desprecia, por ser muy pequeño, el ángulo correspondiente a la conicidad de las llantas, y admitiremos que el rozamiento se ejerce sobre un plano tangente a los carriles.

Sea β el ángulo de inclinación de este plano en relación a la superficie sobre la que se

asienta la vía, que suponemos horizontal (en el esquema anterior, el ángulo p) y proyectemos las fuerzas sobre él. Las fuerzas centrífuga y centrípeta tendrán

componentes:

𝑣2·𝑃

𝑔·𝑅 · cos β

El peso del tren y la componente normal de la fuerza motriz serán, respectivamente:

P · sen β y 𝑙·𝐹

2·𝑅cos 𝛽

Estas fuerzas tienen el mismo signo que la fuerza centrípeta, siendo la componente de ésta:

‒𝑣2·𝑃

𝑔·𝑅cos 𝛽 (I)

la fuerza transmitida por el tren será:

𝑣2·𝑃

𝑔·𝑅cos 𝛽 − P sen β ‒

𝑙·𝐹

2·𝑅cos 𝛽 (II)

El rozamiento proviene de las componentes del peso P, y de la fuerza centrífuga, normales al plano de la vía. Su valor es, pues:

µ · (P cos β + 𝑣2·𝑃

𝑔·𝑅 · sen β) (III)

siendo µ el coeficiente de rozamiento anteriormente hallado.


Para establecer la ecuación de equilibrio, podemos observar que, a consecuencia de la curvatura de la vía, el movimiento del tren en un intervalo infinitamente pequeño,

puede descomponerse en dos; el movimiento tangencial producido por la fuerza motriz y el movimiento en el sentido del centro de la curva, debido a la fuerza centrípeta, que

se transmite a los carriles por la superficie de la llanta y por medio del rozamiento. Podríamos decir que los carriles arrastran al vehículo transversalmente a la vía, y

tenemos la posibilidad de asimilar el problema al movimiento de dos cuerpos sometidos a las fuerzas (I) y (II), de sentidos contrarios, pero enlazadas por el rozamiento.

La posición relativa de los cuerpos no variará, por lo que el equilibrio subsistirá, y como las fuerzas aplicadas a los carriles se anularán, se sigue que las fuerzas presentes son

la fuerza aplicada al tren y el rozamiento (III). La ecuación resultante es:

2·𝑣2·𝑃

𝑔·𝑅cos 𝛽 − P sen β ‒

𝑙·𝐹

2·𝑅cos 𝛽 = µ · (P cos β +

𝑣2·𝑃

𝑔·𝑅 · sen β)

de la cual, podemos deducir que:

β =

2·𝑣2

𝑔·𝑅− µ−

𝑙·𝐹

2·𝑅·𝑃

1+ µ𝑣2

𝑔·𝑅

(IV)

Designando por h el peralte y por b el ancho de la vía, tendremos:

h = b · sen β

Para valores de ángulo de inclinación muy pequeños se puede tomar la aproximación β ≈ sen β ≈ tan β, con lo que sustituyendo el valor de inclinación en la ecuación (IV), nos quedará:

h = b

2·𝑣2

𝑔·𝑅− µ−

𝑙·𝐹

2·𝑅·𝑃

1+ µ𝑣2

𝑔·𝑅

Podemos simplificar esta fórmula despreciando los términos de segundo orden, para ello, sabiendo que la fuerza motriz puede darse en kilogramo por tonelada y que puede

expresarse mediante una ecuación como la siguiente:

𝐹 = 𝜑 · 𝑃

1000

siendo φ una función de la velocidad, el término 𝑙·𝐹

2·𝑅·𝑃 se convertirá en:

𝜑

1000 ×

𝑙

2 · 𝑅


Los parámetros φ y l multiplicados dan unidades de metros al cuadrado, lo que hace

que no se pueda igualar al término de h. En cuanto a µ𝑣2

𝑔·𝑅 vemos de la fórmula (IV)

que, al ser β un valor muy pequeño y habiendo despreciado 𝑙·𝐹

2·𝑅·𝑃, nos quedará:

2·𝑣2

𝑔·𝑅 ≈ µ

y sustituyéndolo en el denominador, µ ·𝑣2

𝑔·𝑅 nos quedará un término de segundo orden.

La fórmula obtenida tendrá la siguiente expresión:

h = 2·𝑏·𝑣2

𝑔·𝑅− 𝑏 · µ

Se puede referir la velocidad a km/h haciendo v = 𝑈

3,6 e introduciendo el valor de g,

queda:

h = 0,015747 𝑏·𝑈2

𝑅 – b·µ

En el caso que tengamos todos los datos necesarios, que será lo usual para el cometido

de nuestro proyecto, podremos despejar la velocidad, y sustituyendo en esa ecuación, obtendremos la velocidad máxima admisible para cada situación precisa.

U = √(ℎ+𝑏·µ)·𝑅

0,015747·𝑏 (V)

Podremos del mismo modo, averiguar la altura del peralte, si conocemos la velocidad limitada de la curva en análisis, su radio y el coeficiente de rozamiento [15].

Para el caso que nos concierne, sabemos que la velocidad en la curva “A Grandeira”, se encuentra limitada a 80 km/h, que tiene un radio de curvatura aproximado a 300m,

que el ancho del carril por el que circula el tren, que en este caso es el ancho europeo, ya que los trenes de alta velocidad circulan desde hace años sobre estas vías, es b=1435mm, y por último que de la interpolación en las gráficas del coeficiente de

rozamiento anteriormente estudiadas, podemos averiguar su valor para condiciones de cielo despejado o lluvia.

- Para U=80 km/h, R=300m, b=1435mm y µ𝑠 = 0,3 tendremos que el peralte

debe ser de altura h=0,05157m=5,157cm.

- Para U=80 km/h, R=300m, b=1435mm y µ𝑚 = 0,15 tendremos que el peralte debe ser de altura h=0,266m=26,6cm.


2.5 Discusión sobre los resultados del estudio del peralte.

Ante la imposibilidad de realizar cambios estructurales en la vía según las condiciones

climatológicas de cada momento, y sabiendo que los días en los que llueve con intensidad en la zona en la que se encuentra nuestro tramo de vía son menos que en los que no lo hace [16], optaremos por definir como altura del peralte aquella

encontrada para los días no lluviosos; h=5,157cm.

Se podría pensar que cuando las condiciones cambien, podrían ocurrir problemas derivados de la reducida altura del peralte, sin embargo, se soluciona este problema haciendo que los trenes en circulación moderen su marcha a una velocidad que

asegure que su trayecto se recorre de forma segura cuando repentinamente comienza a llover, o cuando podemos volver a un funcionamiento normal después de alguna

circunstancia extraordinaria que haya hecho moderar la velocidad de los trenes, ya sea la lluvia u otra causa.

De esta manera, a los trenes que circulen por el tramo de vía indicado en días de lluvia, se les deberá advertir con algún tipo de señalización, ya sea visual o por radio,

de que deben moderar la velocidad a la que se obtiene de sustituir el nuevo coeficiente de rozamiento con el peralte dado:

- Para R=300m, h=5,157cm, b=1435mm y µ𝑚 = 0,15 sustituyendo en (V)

tendremos un nuevo valor de velocidad U=59,517 km/h.

Este nuevo valor de velocidad máxima no deberá superarse en ningún momento, ya que es el nuevo valor que asegura una circulación sin peligro.

En apartados posteriores daremos un par de soluciones al problema que supone captar

la información climatológica que nos haga cambiar los parámetros del sistema, ya que debemos adaptarlo al tiempo existente y a sus posibles cambios.


2.6 Sistemas de frenado. En el caso en que se haga necesaria la actuación de los frenos para reducir la velocidad

del vehículo por cualquier razón, haremos uso del sistema del que disponga el equipamiento del tren. A continuación haremos un repaso por los principales mecanismos que hoy en día podemos encontrar instalados en los trenes que circulan a

diario por las vías de todo el mundo.

Iremos pasando por cada uno de ellos, comenzando por el más simple y llegando hasta los sistemas de frenado más complejos y evolucionados.

2.6.1 Zapatas.

En los frenos de tambor la acción de frenado se consigue por efecto del rozamiento que

se desarrolla al entrar en contacto la superficie interior del tambor, solidario con las ruedas, y la superficie exterior de las zapatas, unidas a las partes fijas del vehículo.

Generalmente, existen 2 zapatas por cada freno; no obstante, se han construido frenos de tambor con un número de zapatas superior.

Las características que deben poseer las zapatas son: rigidez mecánica, para poder desarrollar su cometido con deformaciones elásticas muy pequeñas, y ligereza, con

objeto de reducir las masas no suspendidas. La expansión de las zapatas de freno se obtenía en principio por medio de sistemas

mecánicos (excéntricas, palancas o dispositivos similares). Más tarde se comenzó a difundir el mando hidráulico de los frenos: la extensión se obtenía por medio de un

cilindro hidráulico accionado por un circuito sobre el cual actuaba una bomba accionada por el pie del conductor.

http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/masas-no-suspendidas-definicion-significado/gmx-niv15-con194762.htm


Figura.17: Zapata de frenado en rueda de tren.

2.6.2 Frenos de disco.

Es uno de los que más se utilizan, si no el que más, no solamente en los ferrocarriles sino en muchos otros medios de transporte tales como vehículos de carretera, tranvías,

etc. Los discos inicialmente fueron de acero, hoy en día suelen ser de fundición.

El freno de disco es un sistema de frenado usado normalmente para ruedas de vehículos, en el cual una parte móvil (el disco) solidario con la rueda que gira es sometido al rozamiento de unas superficies de alto coeficiente de fricción (las pastillas)

que ejercen sobre ellos una fuerza suficiente como para transformar toda o parte de la energía cinética del vehículo en movimiento, en calor, hasta detenerlo o reducir su

velocidad, según sea el caso. Esta inmensa cantidad de calor ha de ser evacuada de alguna manera, y lo más rápidamente posible. El mecanismo es similar en esto al freno de tambor, con la diferencia de que la superficie de frenado es menor pero la

evacuación del calor al ambiente es mucho mejor, compensando ampliamente la menor superficie de frenado.

En algunos casos, para aumentar el coeficiente de fricción entre los discos y las superficies de frenado, puede usarse un mecanismo que inyecta arena en la zona de

rozamiento, aumentándolo considerablemente.

http://es.wikipedia.org/wiki/Veh%C3%ADculo


Figura.18: Sistema de frenado de discos en vehículo ferroviario.

2.6.3 Freno neumático.

El freno neumático es un tipo de freno cuyo accionamiento se realiza mediante aire comprimido. Se utiliza principalmente en trenes, camiones, autobuses y maquinaria

pesada. Se basa en el uso de pistones que son alimentados con depósitos de aire comprimido mediante un compresor, cuyo control se realiza mediante válvulas. Estos

pistones actúan como prensas neumáticas contra los tambores o discos de freno. Las locomotoras y los vehículos remolcados van acoplados y puestos en comunicación

entre sí por medio de una tubería que recorre todo el tren y de la que derivan, en cada unidad, las tomas para el accionamiento de los dispositivos de freno. Mediante un

dispositivo situado en la cabina de conducción se controla directamente la presión en la tubería de freno, permitiendo accionar todos los dispositivos de freno de los vehículos a la vez. De esta forma, el control del esfuerzo de frenado se hace graduando

directamente la presión.

Para frenar se pone en comunicación con la atmósfera la Tubería de Freno Automático (TFA) originando una disminución de presión. Esta reducción de presión es detectada

por el distribuidor, provocando el cierre de la comunicación del cilindro de freno con la atmósfera y el paso del aire comprimido del depósito auxiliar al cilindro de freno.

El aire comprimido dentro del cilindro de freno, desplaza el émbolo, cuya fuerza transmite mediante la timonería a las zapatas, ejerciendo mayor esfuerzo cuanto más

aire penetre en el cilindro. Para aflojar se restablece la presión en la TFA introduciendo aire comprimido. Este aumento de presión es detectado por el distribuidor, provocando la apertura de la comunicación del cilindro de freno con la atmósfera y el cierre del

paso del aire comprimido desde el depósito auxiliar al cilindro de freno.

http://es.wikipedia.org/wiki/Freno

http://es.wikipedia.org/wiki/Aire_comprimido


http://es.wikipedia.org/wiki/Tren

http://es.wikipedia.org/wiki/Cami%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Autob%C3%BAs

http://es.wikipedia.org/wiki/Maquinaria

http://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n



http://es.wikipedia.org/wiki/Compresor_(m%C3%A1quina)

http://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula

http://es.wikipedia.org/wiki/Prensa_hidr%C3%A1ulica

http://es.wikipedia.org/wiki/Freno_de_tambor

http://es.wikipedia.org/wiki/Freno_de_disco


Al desaparecer la presión en el cilindro de freno, el émbolo retrocede por la acción de un muelle de llamada, aflojándose las zapatas. Mientras se produce el aflojamiento, el

depósito auxiliar es alimentado por el aire comprimido de la TFA, es decir, queda cargado y dispuesto para realizar un nuevo frenado.

El principal inconveniente de este sistema de frenado se debe a que todos los vagones se conectan a través de la misma tubería de aire comprimido, que va desde el vagón

cabecera del tren hasta el de cola, lo que conlleva un retraso en el frenado de los últimos vagones cuando se acciona el mecanismo.

Figura.19: Posición de reposo en el freno neumático.


Figura.20: Posición de frenado en el freno neumático.

2.6.4 Freno de patín electromagnético frotante.

El freno electromagnético de patín es un freno que en tranvías se utiliza para frenadas

bruscas a baja velocidad y en trenes como freno de emergencia. Tiene un patín con

electroimanes. Cuando se activan, el patín es presionado contra el carril causando fricción. A baja velocidad el efecto de frenada es debido esencialmente a la fricción. En general, la corriente que se hace pasar por los electroimanes proviene de baterías, de

forma el freno electromagnético de patín pueda utilizarse aún si hay cortes de suministro eléctrico.

El patín está construido con un material más blando que el carril, para evitar que la vía sea dañada. Una característica importante del freno electromagnético de patín es que

la fricción es debido a la atracción magnética, de forma que su acción no descarga el peso del tren sobre la vía, y así el efecto de este freno se adiciona a los otros sistemas

de frenado. Esta característica se puede constatar en el hecho de que en algunos tranvías los patines del freno electromagnético se tambalean cuando no están activados al estar "colgando" del bastidor mediante cadenas.

Además de la fricción, el freno electromagnético de patín también actúa debido a la

pérdida de energía por transformación en calor de parte de la corriente Foucault generada por el movimiento relativo del carril en el campo magnético de los

electroimanes. Puesto que a baja velocidad el efecto de la fricción aumenta y el del frenado por corriente de Foucault disminuye, el freno electromagnético de patín actúa de una forma bastante lineal en un rango de velocidades amplio.

http://ferrocarriles.wikia.com/wiki/Freno

http://ferrocarriles.wikia.com/wiki/Tranv%C3%ADa


Figura.21: Freno de patín.

2.6.5 Freno lineal de corriente de Foucault.

La corriente de Foucault (corriente parásita o "Corrientes torbellino" en inglés) es un

fenómeno eléctrico descubierto por el físico francés Léon Foucault en 1851. Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida dentro

del conductor. Estas corrientes de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado.

Durante el frenado, las ruedas metálicas están expuestas al campo magnético de un electroimán, en las que genera corrientes de Foucault. Las corrientes de Foucault

encuentran resistencia mientras circulan a través del metal, y disipan energía en forma de calor, haciendo que las ruedas disminuyan su velocidad. Cuanto más rápido giren las

ruedas, más fuerte será el efecto, resultando que a medida que el tren disminuye su velocidad, también lo hará la fuerza de frenado, consiguiéndose un frenado suave proporcional a la velocidad de las ruedas.

Los mecanismos de frenado por corrientes de Foucault tienen la enorme ventaja de no

desgastarse, como hacen las pastillas de frenos convencionales, ya que no se produce un contacto físico entre la rueda y el dispositivo de frenado. Pero tienen la desventaja de ser muy poco efectivos a bajas velocidades; al altas velocidades, sin embargo, es

un sistema de frenado muy fiable tanto para un frenado regular como para un frenado de emergencia.

http://es.wikipedia.org/wiki/Electroim%C3%A1n


Figura.22: Freno de corrientes de Foucault.

Así concluimos con esta corta reseña a los diferentes sistemas de frenado que hoy en día están en uso en cualquier vehículo ferroviario del mundo. Normalmente estos

sistemas no se usan únicamente y por separados, la unión de varios de ellos conlleva una mayor eficiencia y seguridad en el frenado, tanto de servicio como de emergencia.


3. DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN APORTADA.

3.1 Introducción.

Como hemos remarcado anteriormente, el objetivo de nuestro proyecto es aportar un

sistema de frenado en curva para situaciones en las que los demás sistemas han tenido problemas y nuestro vehículo no sigue la normal circulación que está establecida para el tramo en cuestión.

Esto se pretende llevar a cabo con la ayuda de una placa de circuito impreso que

cuenta entre otras características con un acelerómetro. Este dispositivo puede medir las aceleraciones que se producen en las tres direcciones de un sistema de referencia solidario a nuestra locomotora. Podremos controlar la aceleración y con ello la fuerza

que se ejerce longitudinalmente o en la misma dirección del tren, en dirección transversal a las vías, así como en sentido vertical.

Si bien podría haber utilidades del acelerómetro para las direcciones longitudinal y

vertical, que se describirán más adelante, nuestro objetivo es proporcionar un mecanismo de seguridad basado en las aceleraciones que se dan en sentido transversal y que tienen que ver con la fuerza centrífuga que se produce en el tren al tomar una

curva.

Según lo visto en el estudio teórico, en el recorrido de un trayecto curvo se produce un conjunto de fuerzas sobre un vehículo, que actúan en diferentes direcciones. Para nosotros la más importante será la fuerza centrífuga, que ejerce un empuje sobre el

tren en dirección normal saliente del trayecto que realizamos, pudiendo conllevar, si se da el caso que la fuerza es de gran magnitud, que el tren pueda volcar y se salga de la

vía.

Con la ayuda del acelerómetro podremos medir las aceleraciones que se dan transversalmente y con ellas controlar la fuerza que se ejerce sobre el vehículo, para así evitar, en todo momento, que se llegue al punto en que el tren vuelque.


3.2 Escenario del proyecto.

En nuestro estudio se puede observar que el trabajo realizado se centra expresamente

en un trayecto y en una localización concreta, en este caso, en la curva “A Grandeira” situada en las cercanías de Santiago de Compostela, de la línea que cubre el recorrido

desde Madrid a Ferrol y bajo estas condiciones hemos desarrollado nuestro proyecto.

Figura 23: Curva “A Grandeira” en el municipio de Angrois.

Para que el sistema funcione correctamente es necesaria la utilización de una serie de parámetros asociados a cada línea y más aún, a cada curva del recorrido. Estas

aparentes limitaciones pueden hacer pensar que la solución propuesta tenga dificultades de implantación por tener una capacidad reducida, sin embargo, el trabajo

realizado se ha llevado a cabo de esta manera para que la idea sea de fácil comprensión y para presentar la sencillez de aplicación que conlleva, ya que su inserción en la red ferroviaria no supondría muchos esfuerzos ni costes prohibitivos.

En el caso que se quisiera hacer un estudio en mayor profundidad, para extrapolar el diseño a trayectos completos o en último caso, la totalidad de la red, cabe decir que la inclusión en la programación de una tabla de valores determinados en los que se

puedan consultar las velocidades a las que se limita cada sector, lo que conllevaría el conocimiento de las aceleraciones centrífugas máximas permitidas, sería suficiente

para poder ajustar el funcionamiento a cada tramo en cuestión. Sabiendo en cada instante los valores que conllevan riesgo de accidente, el sistema se acomodará al nuevo contexto y actuará en consecuencia.


Aun teniendo a disposición los rangos de valores de cada curva, cabría la posibilidad de preguntarse si habría dificultades en cuanto a la situación del vehículo y su proximidad

a las diferentes curvas, lugares en los que debemos controlar el tren y asegurar su circulación sin peligro. En cuanto a esto se refiere, en la actualidad se usan sistemas de

posicionamiento GPS que controlan en cada momento dónde se encuentra el tren, por ejemplo en ERTMS, implantándose en la actualidad. De esta manera se podría alertar al sistema que se encuentra acercándose a un tramo tipificado en el registro interno,

que previamente se le ha programado. Llegados a este punto, el sistema cargará los valores correspondientes de la tabla de parámetros pertenecientes a la curva a la que

nos aproximamos.

La utilización de un acelerómetro de tres ejes, nos deja una de las componentes sin uso, ya que para nuestro objetivo es suficiente solo con la dirección longitudinal o

paralela al movimiento del tren, y la dirección transversal a las vías. Las medidas recogidas en el sentido vertical no se usan como mediciones válidas en nuestro proyecto, por lo que se propone que para no dejar sin uso estos valores, se pudieran

dedicar a la realización de un estudio de las anomalías presentes en la vía a lo largo del recorrido que cursa el vehículo.


3.3 Estudio de la aceleración centrífuga.

En el caso en que nos concierne, sabemos que el trayecto bajo estudio tiene una

velocidad limitada a diferentes valores según las condiciones meteorológicas y según vimos en el estudio de las fuerzas, la fuerza centrífuga depende tanto de la velocidad del vehículo como del radio de curvatura mediante la fórmula:

𝐹𝑐 = m·𝑎𝑛 = m·𝑣2

𝑅

La aceleración de la gravedad artificial es la fuerza por unidad de masa que sufre el objeto en movimiento en cualquiera de los puntos de la trayectoria. Despejando de la fórmula anterior:

𝑎𝑛 = 𝐹𝑐

𝑚=

𝑣2

𝑅

Sustituyendo la velocidad en metros por segundo y el radio de curvatura, tendremos el

valor de la aceleración relativa sobre la curva. A partir del valor de aceleración que obtengamos, podremos fijar un límite superior, que controlado mediante el

acelerómetro, en ningún caso podremos sobrepasar, ya que se podría producir una situación de peligro.

Si nos centramos en nuestro caso concreto, tendremos dos posibles valores de

aceleración límite en dirección transversal según tengamos un día despejado, o por otro lado, tengamos condiciones adversas:

- Para un día con lluvia, el coeficiente de rozamiento lo dedujimos de las gráficas y

aceptamos su valor como µ𝑚 = 0,15, lo que conllevaba que la velocidad máxima de seguridad fuera U=59,517 km/h, que pasada a metros por segundo nos

queda v=15,699 m/seg. Sustituyendo en la ecuación:

𝑎𝑛 = 𝐹𝑐

𝑚=

𝑣2

𝑅=

15,6992

300=0,82

- Para un día despejado, el coeficiente de rozamiento lo dedujimos de las gráficas

y aceptamos su valor como µ𝑠 = 0,3, lo que conllevaba que la velocidad máxima de seguridad fuera U=80 km/h, que pasada a metros por segundo nos queda

v=22,222 m/seg. Sustituyendo en la ecuación:

𝑎𝑛 = 𝐹𝑐

𝑚=

𝑣2

𝑅=

22,2222

300=1,646


Como se puede observar, se hace necesaria la introducción de una variable o señal que nos indique los cambios que se produzcan en las condiciones climatológicas, para poder

adecuar nuestro programa y nuestras variables a las circunstancias que lo requieran. Esta señal produciría un cambio de parámetros, en este caso, la aceleración centrífuga

máxima soportable, que nos permitiría centrar el funcionamiento de nuestro sistema a las condiciones exteriores, haciendo crecer la estabilidad del diseño ante cambios inesperados.

Estos resultados nos ofrecen los límites de aceleración con los que debemos trabajar en el dispositivo. Se llevará a cabo comparando las diferentes medidas que el dispositivo vaya aportando en el recorrido de la curva con los valores límite hallados. En el caso en

que el tren se vaya acercando a una situación límite, es decir, que la aceleración centrifuga ejercida sobre él, sea parecida a alguno de los valores que hemos

averiguado, se procederá a la reducción de velocidad del vehículo por alguno de los medios que se crean oportunos, esencialmente por el accionamiento de los frenos de emergencia.


3.4 Detección de lluvia.

Se proponen dos alternativas para la captura de la señal que nos avisará del cambio de

la climatología, ya sea de despejado a lluvioso o viceversa. En primer lugar se expone la posibilidad de usar las señales enviadas desde el puesto

de mando cuando se produce un evento como el que estamos tratando. En los actuales sistemas de transporte por ferrocarriles, cuando por algún tipo de circunstancia se hace

necesario advertir a los conductores que la marcha de los vehículos debe ser moderada, desde el puesto de control se envía una señal llamada TSR (Temporary Speed Restriction) que informa de las nuevas condiciones de circulación deben ser

modificadas. La solución que aportamos sería tomar esa señal TSR como entrada a nuestro sistema para así poder definir los límites adecuados a la nueva situación

La otra posibilidad que se ofrece será usar un pluviómetro, cuando el dispositivo nos dé información nueva sobre las condiciones exteriores, lo aprovecharemos para fijar los

parámetros del sistema a la nueva situación, teniendo con ello el nuevo límite establecido para un correcto funcionamiento.

Figura.24: Imagen de pluviómetro digital.

En el siguiente apartado podremos saber por cuál de estas dos alternativas nos hemos decidido, así como las razones que nos han llevado a esta elección.

Del mismo modo, haremos un resumen de las ideas más importantes y las elecciones

que hemos tomado hasta ahora, y que debemos tener en cuenta para comenzar con la fase de creación del prototipo, la búsqueda del hardware adecuado y la programación software necesaria en nuestro proyecto.


3.5 Resumen de conclusiones.

Llegados a este punto creemos pertinente exponer varias conclusiones a las que hemos

llegado en el estudio y planteamiento del problema:

- Debemos hacer una clara diferenciación entre la situación normal de circulación sobre nuestro trayecto, aquella en la que la velocidad máxima es de 80 km/h y

las situaciones extraordinarias en las que la velocidad máxima se ve reducida, haciendo especial hincapié a cuando esta reducción se debe a condiciones climatológicas concretas. Este cambio cambiará los parámetros de nuestro

sistema y en concreto, los límites del valor de la aceleración centrífuga

admisible, siendo 𝒂𝒏=1,646 el máximo para días despejados y 𝒂𝒏=0,82 para los días con lluvia.

- Ante la problemática de tener diferentes valores de peralte en curva según la velocidad de paso, se ha decidido construir la solución admitiendo que, la mayor

parte del tiempo, se circulará con condiciones climatológicas favorables, lo que nos deja un peralte de altura h=0,05157m=5,157cm.

En el caso en que se produzcan precipitaciones se producirá una disminución de la velocidad máxima permitida hasta el valor hallado al dejar fijo el valor del

peralte y sustituir en las ecuaciones pertinentes.

- Anteriormente se expusieron dos opciones plausibles para la obtención de la señal de entrada que recoja las condiciones climatológicas exteriores. Entre ellas se ha decidido optar por obtenerla de la señal TSR que proviene del puesto de

control asociado, ya que es un mecanismo ya implantado en la red ferroviaria, conocido por los trabajadores de la misma y que se ejecuta en las circunstancias

específicas de nuestro proyecto, aportando un nuevo límite de velocidad a la circulación.

- Los valores que se han aportado en cuanto a la aceleración centrífuga, pueden resultar algo arbitrarios si no se tiene el conocimiento de otros valores asociados

a fenómenos o acontecimientos reconocidos, a continuación se muestra una tabla con varios de estos casos [17]:


Valor o rango

Satélites en órbita y pruebas de gravedad cero 0 G Superficie de la Tierra en el Ecuador a nivel del mar 1 G

Coche en una frenada de emergencia urbana 1 G Cohete lunar Saturno V despegando 1,14 G

Máximo de una lanzadera espacial durante el despegue y el reingreso 3 G Accionamiento de los airbags 3 G Montañas rusas más veloces 3,5-5 G

Fuerza centrífuga en curva de los automóviles Formula1 5 G Vuelo de avión acrobático o de combate 9 G

Tabla 3: Comparativa de diferentes eventos y su aceleración centrífuga.

Podemos observar que nuestros valores se encuentran en unos márgenes que no se

pueden considerar descabellados, teniendo, por ejemplo, un valor equivalente a la mitad de la fuerza que se ejerce en un choque de automóvil en el que es necesario el accionamiento de los airbags. Podremos considerar los resultados obtenidos como

válidos y dentro de la lógica.


4. REQUISITOS DEL SISTEMA

4.1 Requerimientos del proyecto. Una vez realizados los cálculos teóricos y habiendo caracterizado por completo nuestro

problema, se procede a presentar el dispositivo que dará soporte a la solución.

En primer lugar, se recopilan algunas prestaciones que harían de él, el más apropiado para nuestro caso. Las principales que debemos tener en cuenta serán:

1- Ya que la principal motivación de este proyecto es la medida y el control de

las aceleraciones que se sufren en vehículos que circulan por trayectorias curvas, será esencial la disponibilidad de un acelerómetro.

2- Ante la posibilidad de una implantación en vehículos ferroviarios, se requerirá

que el dispositivo elegido sea de reducidas dimensiones, para una fácil incorporación al cuadro de mandos, o al lugar dispuesto para él.

3- Del mismo modo, su conectividad con el resto de mecanismos presentes en la cabina debería ser posible y lo más sencilla que se pueda, incluso llegando, en algunos casos, a funcionar de manera autónoma.

4- La solución aportada requerirá de la creación de un programa de control del dispositivo, por lo que la disponibilidad de un entorno de desarrollo será

esencial. 5- La interacción con el personal encargado del manejo del vehículo debe

realizarse de manera clara, por medio de algún tipo de señal en cabina, por lo que se hará necesaria la manera de llevarlo a cabo.

6- El dispositivo deberá funcionar correctamente en las condiciones ambientales

normales de trabajo que se le supone al transporte ferroviario. 7- En la medida de lo posible el consumo de energía del dispositivo debe

reducirse al mínimo posible. 8- Y por último, cualquier solución aportada siempre será más atractiva si su

coste total es bajo, por lo que debemos tener muy en cuenta el precio de

nuestro proyecto.

Sabiendo los requerimientos que se nos piden podemos comenzar con la búsqueda de la placa de circuito que mejor cumpla con estas exigencias.


4.2 Elección del Dispositivo. Tras una minuciosa búsqueda decidimos que la placa de circuito que mejor se adapta a

lo que queremos es la perteneciente a familia 32F4 de ST Microelectronics. Esta placa STM32F4 Discovery contiene un acelerómetro de tres ejes, el ART

Accelerometer, dispositivo indispensable para nuestro desarrollo, con capacidad de medir aceleraciones en los tres ejes de referencia. Se pueden consultar todas sus

características en el Anexo X donde incluimos su Datasheet. La placa de circuito STM32F4 Discovery viene en un formato de circuito impreso con

dimensiones de una longitud igual a 97mm y con anchura de 66mm, lo que la hace de fácil implantación por su reducido tamaño.

En la siguiente imagen podemos observar un esquemático de la placa y sus dimensiones.

Figura 25: Esquemático de la placa STM32F4 Discovery.


La conexión se podrá realizar a través de los 100 pines de los que dispone el dispositivo y que proveen de diferentes señales del microprocesador, en este caso un

ARM 32-bit Cortex M4, y también mediante las dos conexiones USB 2.0 de que dispone, así como para el caso que fuera necesario, de la conexión Ethernet MAC

presente. Al conectarse mediante USB el consumo de energía será bastante pequeño, alrededor de 5V, valor muy reducido en comparación a los usados en nuestro entorno de implantación.

El funcionamiento del dispositivo no debe verse influenciado por las condiciones climatológicas de temperatura, ya que las características del mismo no difieren de algún otro aparato electrónico que esté en uso hoy en día en cualquier sistema de

transporte, teniendo un rango de valores de temperatura o humedad similar al normal en estos casos.

Como hemos visto anteriormente en los requisitos expuestos, tendremos la necesidad

de interactuar con la persona responsable de la conducción del vehículo en caso de que haya alguna situación de riesgo. Para este caso, contamos con 4 diodos LED

programables que harían las veces de señal luminosa en el momento oportuno, teniendo también la posibilidad de usar señales acústicas, ya que se dispone incluso de

una interfaz para un conector JACK.

En lo referente a la programación del microprocesador, vimos que el modelo elegido proporciona un programador con diferentes entornos de desarrollo, quedando a

nuestra elección cuál de ellos usar, así como un completo modo debug. Para nuestro caso, ante las diferentes posibilidades ofrecidas y el desconocimiento previo de todas ellas, mediante una pequeña búsqueda de información relativa a su complejidad o

difusión en cuanto a nivel de usuarios y apoyo en red, se decidió como mejor opción el uso del software Keil MDK.

Por último y no menos importante, centrándonos en el aspecto económico,

comparando los diferentes precios de los dispositivos disponibles en el mercado, pudimos observar el bajo coste que supone la adquisición de una placa del modelo

elegido y que ronda los 15$, un precio más que asumible por el departamento con el que se ha colaborado o en su caso, por la empresa o particular que quisiera llevar a cabo el proyecto.


Hasta aquí hemos ido satisfaciendo los requisitos que creíamos indispensables cubrir para la correcta elección del hardware, aun así podemos incluir otros aspectos

favorables que nos hicieron tomar esta decisión:

1. El programador aporta una gran biblioteca de manejo de periféricos, al

instalarlo se puede acceder al código de estos programas de manera sencilla, lo

que hace que el aprendizaje del manejo del mismo sea mucho más rápido, habiendo también tutoriales y ejemplos prácticos en la página del fabricante,

así como herramientas software de gran utilidad. 2. Al contener todos los elementos de los que queríamos disponer, de una manera

sencilla podemos hacer una primera aproximación al prototipo, con lo que se

puede ver in situ, un funcionamiento aproximado al que tendría en el momento de su implantación.

3. Al tratarse de un microprocesador insertado en una placa con una gran diversidad de periféricos, lo que le da mucha versatilidad, y combinado con su reducido coste, se trata de un dispositivo muy popular, por lo que la ayuda en

línea, por medio de foros o blogs está muy extendida y es de fácil consulta. 4. El coste de la adquisición se redujo a cero, ya que como dijimos antes, su gran

popularidad conllevó que el departamento de Ingeniería Electrónica hubiera realizado la adquisición en su día, de varias unidades, por lo que la compra no

fue necesaria. 5. Al haber varias unidades en el departamento, se dio el hecho de que parte del

personal contratado en el mismo tenía conocimientos previos sobre el manejo

del dispositivo, con lo que ante dificultades durante la fase de programación se pudo consultar a usuarios más aventajados en y experimentados, para la

resolución de dudas.

Todas estas razones hicieron de la STM32F4 Discovery la elección óptima para la creación y programación de nuestro proyecto. En el Anexo 1 aportamos un resumen de

su Datasheet para posibles consultas.


4.3 Herramienta Hardware. Dentro de los múltiples dispositivos que contiene nuestra placa de circuito, nos

centraremos básicamente en tres de ellos. El primero como no puede ser de otra manera, será el acelerómetro de tres ejes del que dispone, y cuyo Datasheet ya vimos

en el Anexo 1, donde se puede consultar cualquier duda sobre su funcionalidad. Si bien tiene una serie de características que lo hacen muy atractivo para aplicaciones

de todo tipo, enumeraremos las que consideramos más importantes:

1. Su consumo es muy reducido, y se asegura que en todo momento será inferior

a 1mW de potencia requerida.

2. Consta de un generador programable de interrupciones múltiples, lo que como veremos más adelante es imprescindible para nuestro proyecto.

3. Tiene una interfaz de salida digital 𝐼2C/SPI con la que podremos manejar los datos o las interrupciones generadas por el acelerómetro.

4. No necesita de ningún tipo de calibración debido a que guarda en una memoria ROM permanente los valores de referencia de su escala, pudiéndose elegir entre dos rangos diversos de medida, uno que va de las -2g hasta las +2g, en pasos

de 18mg por dígito, que será el que nos servirá para nuestro propósito, y otro que amplía su rango hasta las ±8g.

5. El rango de temperaturas en las que su funcionamiento es absolutamente correcto va desde los -40ºC a los 85ºC, valores a los que en condiciones normales no deben ni siquiera acercarse los de trabajo del sistema.

6. Dentro de sus características se proporciona un procedimiento de testeado automático del acelerómetro que aclara si el funcionamiento está siendo el

correcto, por lo que se hace más fácil la detección de irregularidades. 7. El encapsulado del acelerómetro asegura la supervivencia del dispositivo a

golpes de hasta 10000g de magnitud, por lo que nuestra preocupación en este

sentido queda calmada superadamente. 8. Y por último, es de gran interés hacer notar que el montaje de la placa cumple

los requisitos en cuanto a los niveles de plomo para el cumplimiento de los estándares en la interconexión de segundo nivel, así como en los niveles de soldadura.

En segundo lugar tendremos que dar soporte a las señales que interactúen con el personal de cabina, y para tal fin haremos uso de los 4 Leds disponibles en la placa. Se trata de cuatro diodos que están conectados a los cuatro pines 12, 13, 14 y 15 del

puerto D. Estos pines pueden ser controlados por el programador mediante un conjunto concreto de funciones para realizar funciones de encendido, apagado,

parpadeo o de control mediante rutinas propias o las que el microprocesador trae por defecto.


En tercer y último lugar, haremos uso de los dos botones incorporados en la placa, siendo uno el botón de usuario y el otro el botón de reset. Ambos botones se conectan

mediante pines, procurando un punto de medida para obtener información sobre su valor. En nuestro caso el botón de usuario lo tomaremos como mecanismo para la

simulación de la señal de entrada TSR enviada por el puesto de control. En el caso en que el botón se pulse, simularemos que nos ha llegado la señal citada, lo que conllevará que nuestros valores iniciales cambien a los definidos en las condiciones

climáticas de lluvia.

En el caso que no se pulse el botón usuario o habiendo sido pulsado, se accione el botón reset, los valores serán los definidos para condiciones de día despejado y el

umbral de aceleración máxima será mayor que en el caso anterior.

A continuación plasmaremos todos los requisitos que se le exigían a nuestro hardware y que se antojaban esenciales, y como los hemos satisfecho con el dispositivo elegido.

Para más claridad recogeremos esta información en una tabla.

Requisitos del sistema Placa de circuito STM32F4 Discovery

Disponibilidad de un acelerómetro Acelerómetro de tres ejes (ART Accelerometer)

Reducidas dimensiones 97mm x 66mm

Fácil conexión con el entorno 100 pines

Dos puertos USB 2.0

Puerto MAC Ethernet

Disponibilidad de entorno de desarrollo para la

programación Software

Keil MDK con programador

Señalización para la interacción con el personal de

cabina

4 Leds (señal luminosa)

Conector JACK (señal auditiva)

Correcto funcionamiento en las condiciones

ambientales existentes

Funcionamiento entre -40ºC y 85ºC

Bajo consumo Alimentación por conexión USB 2.0 (5 Voltios)

Coste reducido ~15 $

Gran cantidad de ejemplos prácticos, librerías y

funciones

Dispositivo muy popular y extendido (Soporte en

red: tutoriales, blogs…)

Licencia gratuita

Gran diversidad de periféricos que ofrecen

versatilidad y la posibilidad de crear futuras

aplicaciones

Disponibilidad de la placa en el departamento

(coste 0)

Personal experimentado en el departamento

(soporte técnico)

Fácil prototipado

Tabla 4: Requisitos y características del dispositivo Hardware.


4.4 Descripción de la solución Software programada.

Una vez que hemos detallado el hardware elegido para la realización de nuestro proyecto, pasaremos a explicar con detenimiento todo lo relativo al diseño software.

Como ya hemos comentado a lo largo de la memoria del proyecto, nuestro objetivo es por medio del control de la velocidad a la que se desplaza un tren que circula sobre una trayectoria curva, evitar posibles situaciones de riesgo, en especial el volcado del

vehículo. Este control de la velocidad supone poder limitar el valor máximo alcanzado por la aceleración centrífuga y con ello evitar el volcado.

Este comportamiento se conseguirá mediante la programación de una tarea que estará

dividida en dos partes:

Por un lado tendremos un bucle en el que constantemente estamos midiendo el

valor de las aceleraciones que se producen en la dirección Y del acelerómetro, que es aquella que coincide con la requerida.

En el caso en el que esta aceleración supere el valor estipulado como el 75% de la aceleración máxima permitida en el recorrido, el programa

advertirá de esta circunstancia con una señal luminosa encendiendo dos de los cuatro Leds disponibles, en este caso el de la izquierda y el de la derecha.

Se debe tomar esta señalización como una alarma que será visible en cabina y que informará de que nos acercamos a una velocidad inadecuada.

Si el vehículo siguiera aumentando su velocidad, podríamos entender que se

produce alguna circunstancia en cabina que impide que el responsable de ella modere la marcha o que incurra en un comportamiento inadecuado, y en el caso

que siguiera aumentándose y se llegara al 90% del valor máximo de aceleración centrífuga permitido, haríamos saltar una señal de frenado de emergencia que haría actuar al sistema de bloqueo de frenos pertinente

durante el tiempo necesario para las condiciones de seguridad de la marcha del tren, viéndose en nuestro prototipo como el encendido de los cuatro Leds

simultáneamente.

En la programación hemos llamado a esta función como “principal”. Para hacernos una idea de su funcionamiento y su estructura, en la siguiente imagen aportamos una

pequeña explicación por medio de pseudocódigo.


Figura.26: Pseudocódigo función “principal”.

La otra parte de nuestro código se centrará en la simulación de la llegada a través del puesto de control o de mando de una señal TSR, que como vimos, restringirá la

velocidad máxima del tren en el recorrido, ya sea por condiciones climatológicas o por alguna otra circunstancia temporal. Los datos de aceleración máxima, en nuestro

supuesto, variarán debido a la acción de los agentes climatológicos y por ello debemos trabajar con parámetros distintos.

Esta segunda parte se implementará en el main del programa haciendo uso del botón de usuario del que dispone la placa de circuito.

En la siguiente figura, podremos observar el pseudocódigo de la función main, dejando una explicación más detallada para un apartado posterior.


Figura.27: Pseudocódigo función main.

En el Anexo 2 dejaremos el código íntegro disponible para el caso en que queramos consultar algún aspecto de la programación.


5. RESULTADOS EXPERIMENTALES

5.1 Introducción. Una vez que hemos definido todos los aspectos de nuestro proyecto y hemos programado la solución software en la placa elegida para el caso, debemos dar una

idea visual de cómo se podrá reconocer cada evento que se suceda en el transcurso de nuestro recorrido.

Los principales sistemas de uso cotidiano en el transporte ferroviario, hacen uso de

señales acústicas o luminosas para advertir a la persona al cargo del vehículo de cualquier circunstancia anómala durante el trayecto. En nuestro caso no puede ser de

otra manera, y se han elegido los cuatro leds existentes en la placa como los indicadores fundamentales para advertir al conductor de las dos posibles situaciones de alerta.

Cabe destacar que el prototipo se ha realizado teniendo en cuenta la actuación de la persona responsable de la correcta circulación del tren, en este caso el maquinista.

En una primera fase, al saltar la alarma que nos indica que hemos alcanzado un valor

igual al 75% del valor máximo, le hacemos saber que la marcha está acercándose a valores de cierto peligro con una señal luminosa. Llegado este punto esperaremos la

respuesta activa del conductor que deberá moderar la marcha, en el caso que así lo haga, se seguirá con el recorrido normal en condiciones seguras.

Si por cualquier circunstancia, rebasado el nivel anteriormente citado, y viendo que los

valores de aceleración siguen aumentando, podremos suponer que la persona al cargo se encuentra incapacitada para reducir la marcha, por lo que tendremos que operar automáticamente para que no se llegue a una situación de peligro. Por lo que,

realmente, el encendido de los cuatro leds simultáneamente, imita el envío de una señal de emergencia que accionaría los frenos del tren hasta llevarlo a un estado

seguro.


5.2 Señalización.

Como referencia visual podemos utilizar las siguientes imágenes, en las que podemos

observar las diferentes señales de alerta que se generarán en los casos en los que se superen os umbrales “nivel_alarma” por un lado, y “nivel_frenado” por el otro.

Para un correcto funcionamiento del sistema se debe poder corroborar como se encienden los leds de las formas que veremos a continuación, sabiendo que el

encendido de los cuatro leds, que simulan la señal de frenado de emergencia, siempre dependerán de un movimiento más brusco de la placa, más aun cuando las condiciones simulen un día despejado, es decir; no se haya pulsado el botón usuario, o si después

de hacerlo se haya pulsado el botón reset, que lleva al sistema a su punto de partida.

Figura.28: Señal de iluminación de alarma.


Después de ver la primera de las señales, pasamos a ver la señal luminosa de nuestra

señal de frenado. El manejo de los leds se ha llevado a cabo mediante funciones de librería accesibles tras la instalación del software Keil MDK.

Figura.29: Señal de iluminación de frenado de emergencia.

En el caso que los leds no se enciendan, podemos realizar una sencilla comprobación

que nos resolverá la duda de si el mal funcionamiento de los leds es debido a una mala programación, o por el contrario se trata de una avería en la placa, que conlleve que

estos no se enciendan. Dentro del entorno Keil MDK tenemos un ejemplo que podremos cargar en el micro y que se usa para testear el comportamiento del acelerómetro, encendiendo los leds según la dirección en la que se detecte una

aceleración diferente a cero. Así sabremos si debemos corregir nuestro diseño o adquirir un nuevo hardware.


5.3 Pruebas y comprobaciones.

Una vez que tenemos diseñada la solución software y vemos que tiene un comportamiento aproximado al que queremos, debemos cerciorarnos de que realmente

trabaja del modo que inicialmente ideamos.

La programación en C nos lleva a un prototipo de la solución, que puede testearse en primera persona y que a simple vista se asemeja al funcionamiento que queremos, sin embargo, no podemos tener una idea exacta de si los valores de los umbrales o la

circuitería se comportan de la manera deseada.

En primer lugar, a nivel de laboratorio, se nos ocurre comenzar con varias escuetas comprobaciones:

1) Cambios de estado debidos a la generación de interrupciones.

La primera que abordaremos será la de garantizar que los pines que se asocian con las interrupciones tanto del pulsado del botón de usuario, como las que se producen al

sobrepasar los umbrales definidos para la señales de alerta, se activan cada vez que se sucede un evento de tales características. En la figura siguiente plasmamos este

cambio de estado.

Nos evitamos diferenciar entre los pines de cada interrupción ya que su imagen sería prácticamente la misma, al ser señales que pasan de un nivel bajo en su estado

inactivo, a marcar que se ha producido un cambio de estado y con ello una interrupción, al ponerse a nivel alto con su respectivo flanco de subida.

La gráfica es la medida tomada directamente del osciloscopio en el pin correspondiente

a cada interrupción y en instante en el que se produce el evento que lo hace cambiar de estado.


Figura.30: Cambio de estado del pin asociado a cada interrupción medido en el osciloscopio.

Podemos observar que el cambio en el nivel de señal se produce, lo que conlleva que si

tenemos bien diseñado el programa se llamará a una rutina de interrupción que atenderá en cada caso, a cuando se sobrepase el nivel de alarma o frenado o en su defecto a cuando tengamos una pulsación en el botón de usuario, con la función

programada en cada situación.

2) Parámetros asociados al estado despejado.

Una vez comprobado que las interrupciones programadas cambian el estado de los

pines asociados, como era de esperar, se nos plantea la duda de si tendremos bien fijados los valores de los umbrales que hacen saltar las alertas. Un mal registro de estos valores podría hacer, en última estancia, que el vehículo se saliese de su

trayectoria y pudiera sucederse una situación de peligro.

Tenemos definidos cuatro umbrales diferentes, dos para el caso en que las condiciones ambientales sean de día despejado y otros dos para el caso que el sistema funcionara

en un día lluvioso. Estos umbrales corresponden al 75% de la aceleración máxima admitida que puede soportar el vehículo en dirección transversal y al 90% de la misma.


Los valores que hemos citado variarán según si llueve o no, en el caso que el día esté

despejado, tendremos que la aceleración máxima permitida es igual a 1,646g. Si “nivel_alarma” se supone como el 75% de esta aceleración, equivale a 1,2345. Nuestro

nivel de escala, que tiene un máximo de 2,3g, conlleva que por cada bit que aumentemos en el registro pertinente de 8 bits, se aumente su valor en 18mg, por tanto el valor más aproximado a 1,2345 será el resultado de multiplicar ese paso de

escala de 18mg por 68, con lo que obtendremos 1,224. Hemos tomado como valor correcto el entero inmediatamente inferior, para aproximarnos todo lo que podamos sin

pasarnos del límite fijado. Tendremos que programar en el registro correspondiente su valor en hexadecimal, en este caso 0x44.

Para el “nivel_frenado”, que será cuando entre en acción el sistema de frenos de emergencia, tendremos que programar el registro con el valor correspondiente al 90%

del valor total de la aceleración máxima. Siguiendo el razonamiento del apartado anterior, el 90% de 1,646 es 1,4814, que equivale a multiplicar el paso de escala de 18mg por 82,3, si tomamos el valor entero inmediatamente inferior, nos quedará que

82x18mg da como resultado 1,476, valor que se aproxima bastante al requerido. El umbral de frenado que programaremos quedará en el registro como 0x52, en

hexadecimal.

Para poder comprobar estos registros seguimos el transcurso del programa con la herramienta debugger, en el momento preciso tendremos el valor grabado en los registros correspondiente y podremos saber si coinciden con lo esperado. En la

siguiente imagen puede observarse que los umbrales quedan registrados con los valores anteriores como cabía esperar.

Figura.31: Valores de los registros para “nivel_alarma” y “nivel_frenado” sin lluvia.


3) Parámetros asociados al estado lluvioso.

Si seguimos el razonamiento anterior, pero en este caso con los parámetros referentes a las condiciones climatológicas de lluvia, nos veremos en la obligación de cambiar los valores de los registros que fijan los umbrales.

En el caso que haya lluvia, la aceleración máxima se verá reducida a 0,82g. Para este

caso el 75% de esta cantidad será 0,615g, cuyo valor más aproximado, según el paso de escala será el resultado de multiplicarlo por 34, dando como resultado 0,612. Traducido a hexadecimal, tendremos que escribir en el registro 0x22.

Para la alerta de frenado deberemos tomar como referencia el 90% del valor máximo

de aceleración, que coincide con 0,738g. Dividiéndolo por el paso de escala, deducimos que el entero que, en este caso, nos da el valor exacto es 41. Valor que llevado a la expresión hexadecimal es 0x29.

Como hicimos con los valores de los registros anteriores, mostraremos sus valores,

cuando en el momento preciso de la ejecución del programa, se llega a la asignación de estos.

Figura.32: Valores de los registros para “nivel_alarma” y “nivel_frenado” con lluvia.

Con todo esto se da por finalizado la parte de programación más sencilla (prototipado inicial) aunque quedan pendientes otras posibles pruebas que se indica en el apartado de conclusiones.


6. CONCLUSIONES FINALES

6.1 Conclusiones finales y futuras líneas de trabajo.

Aunque consideramos que estas comprobaciones son insuficientes, ya que el

funcionamiento del sistema y del dispositivo debería testearse en condiciones lo más parecidas al funcionamiento real de un ferrocarril, posibilidad que se escapa de nuestro

alcance, podemos asegurar que nuestro dispositivo funciona de la manera que inicialmente se ideó.

A nivel de prototipo hemos conseguido asegurar ciertas funcionalidades; confirmamos

que los límites de aceleración permitida son los correctos y se fijan de manera precisa, que la simulación de la llegada de la señal TSR desde el centro de control actúa como estímulo para cambiarlos y que al superarse dichos umbrales se

producen las pertinentes señales, ya sean de alarma o de frenado de emergencia.

Durante la preparación de este proyecto, en la fase de documentación hemos podido observar la multitud de estudios y trabajos que se realizan con datos recogidos por

acelerómetros en relación a las vibraciones que se producen durante el trayecto, por lo que vemos una posible línea de trabajo, la captación de esta señal entregada por

el acelerómetro para este tipo de cometido.

Estas cuestiones se dejan como propuesta para posibles futuras ampliaciones a este proyecto. Del mismo modo la propuesta de ampliar el sistema con un control

progresivo del recorrido del tren, donde el mismo vehículo vaya tomando la información del trazado por sí solo y adecuando los parámetros a los que ofrece la vía, se antoja harto complicada, ya que se requiere la utilización de parámetros que deben

conocerse de antemano, como puede ser, por ejemplo, la velocidad máxima permitida, que conlleva a su vez, saber el máximo valor admisible de aceleración centrífuga.

En el caso que no fuera así y se quisiera actuar de forma continua, el valor de velocidad máxima permitida solo se conocería en el momento que el tren volcara,

momento del todo a evitar.


Anexo 1. DATASHEET DEL DISPOSITIVO.


Anexo 2. PRESUPUESTO Y PLANIFICACIÓN DE PROYECTO.

En este anexo se determinarán tareas y tiempos que se deben cumplir, así como también, los responsables de que se cumplan. La estimación del proyecto establecerá

casi con exactitud el verdadero costo y esfuerzo por persona, y su tiempo asociado que se necesita para el completo desarrollo del proyecto.

Se proporcionará una tabla detallada con las diferentes tareas a ejecutar y la duración de las mismas, y a continuación realizaremos un diagrama temporal que nos ayudará a

visualizar la disposición en el tiempo de las mismas y la posible simultaneidad en la resolución de algunas de ellas.

Tareas Fecha de inicio Jornadas empleadas Fecha de final

Fase1: Aproximación y análisis del proyecto 01/04/2014 21 21/04/2014

Solicitud y aproximación de objetivos y alcance 01/04/2014 7 07/04/2014

Establecimiento de líneas del proyecto 04/04/2014 5 09/04/2014

Redacción de esquema preliminar del proyecto 10/04/2014 5 15/04/2014

Reunión para validar objetivos marcados y plazos 16/04/2014 2 17/04/2014

Fase2: Contexto 22/04/2014 32 23/05/2014

Escenario. Análisis y parámetros a tratar 22/04/2014 4 25/04/2014

Especificaciones y restricciones 28/04/2014 3 30/04/2014

Estudio del arte 01/05/2014 5 05/05/2014

Aspectos técnicos y de desarrollo 12/05/2014 12 23/05/2014

Fase3: Desarrollo estudio teórico 26/05/2014 26 20/06/2014

Introducción al problema bajo estudio 26/05/2014 5 30/05/2014

Resolución teórica del problema 26/05/2014 12 06/06/2014

Reunión de comprobación de resultados teóricos 09/06/2014 2 10/06/2014

Correción de errores de resultados teóricos 11/06/2014 3 13/06/2014

Redacción de conclusiones sobre la parte teórica 11/06/2014 7 17/06/2014

Reunión de cierre 18/06/2014 1 18/06/2014

Fase4: Análisis y alcance de la solución software y hardware 23/06/2014 19 11/07/2014

Reunión para decidir solución hardware 23/06/2014 1 23/06/2014

Obtención de equipos 24/06/2014 2 25/06/2014

Estudio previo del entorno de desarrollo 26/06/2014 2 27/06/2014

Programación 30/06/2014 12 11/07/2014

Pruebas y corrección de errores 30/06/2014 12 11/07/2014

Fase5: Correcciones y cierre 14/07/2014 2 15/07/2014

Correciones finales 14/07/2014 1 14/07/2014

Reunión de cierre del proyecto 15/07/2014 1 15/07/2014

Trabajo continuo 01/04/2014 106 15/07/2014

Redacción de la memoria del proyecto 01/05/2014 76 15/07/2014

Bibliografía y recoplicación de datos 01/04/2014 105 14/07/2014


A continuación aportamos la información referida a los gastos del proyecto, donde se incluye tanto el salario del responsable del desarrollo del proyecto, como los gastos

incurridos en la adquisición del material necesario para su realización.

Estimación de horas trabajadas por jornada 6 Horas

Horas por jornada laboral completa 8 Horas

Total de jornadas trabajadas 76 Jornadas

Equivalencia con joranadas trabajadas 57 Jornadas

Equivalencia con meses trabajados 2,85 Meses

Salario mensual a percibir según convenio colectivo 1253,16 euros

Total a percibir por el desarrollador 3571,506 euros

Adquisición de hardware y software 10,99 euros

Total gasto del proyecto 3582,496 euros

Por último, con un diagrama de Gantt, proporcionaremos la información relativa a las

estimaciones temporales sobre las que se desarrollará nuestro proyecto, detallando las diferentes fases en las que se divide y la duración de cada tarea que las compone.


Anexo 3. CÓDIGO DE LA SOLUCIÓN SOFTWARE PROGRAMADA.


REFERENCIA Y BIBLIOGRAFÍA

1) Cab signalling. Wikipedia.org. (29 Julio, 2014). Información obtenida en: http://en.wikipedia.org/wiki/Cab_signalling.

2) PZB. Ferropedia.es. (20 Mayo, 2013). Información obtenida en:

http://www.ferropedia.es/wiki/Indusi.

3) Transpondedor. Wikipedia.org. (22 Febrero, 2014). Información obtenida en:

http://es.wikipedia.org/wiki/Transpondedor.

4) ASFA. Ferropedia.es. (27 Agosto, 2014). Información obtenida en: http://www.ferropedia.es/wiki/ASFA.

5) EBICAB. Ferropedia.es. (26 Agosto, 2014). Información obtenida en:

http://www.ferropedia.es/wiki/EBICAB.

6) ERTMS. Ferropedia.es. (9 Marzo, 2014). Información obtenida en:

http://www.ferropedia.es/wiki/ERTMS.

7) Deutsche Bahn. Ferropedia.es. (20 Junio, 2014). Información obtenida en:

http://www.ferropedia.es/wiki/Deutsche_Bahn.

8) Los sistemas de seguridad y protección ferroviaria. J. Alcántara. eadic.com. (6 Mayo, 2013). Información obtenida en: http://eadic.com/blog/sistemas-proteccion-ferroviaria/.

9) El sistema ERTMS y los antecedentes en la señalización ferroviaria. Sergio

Moreno. (22 Septiembre, 2012). Información obtenida en: https://www.youtube.com/watch?v=4VgYcaAF3cA.

10) Informes anuales. Ministerio de fomento del gobierno de España. (2014). Información obtenida en:

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pp. 447-448. La fuerza centrífuga y la estabilidad de un vehículo. Información obtenida en:

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12) Nuestros trenes, Alvia Serie 730 (Híbrido). Renfe.com. (2014).

Información obtenida en: http://www.renfe.com/viajeros/nuestros_trenes/alvias730_ficha.html.

13) Nuestros trenes, Alvia Serie 130. Renfe.com. (2014).

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14) Daniel Álvarez Mántaras y Pablo Luque Rodríguez. Ferrocarriles: ingeniería e infraestructura de los transportes. (2003).

15) C. Javier Cordeiro. El peralte del carril exterior en las curvas de los caminos

de hierro. Revista de Obras Públicas, nº1315, pp-412-414. (Memoria presentada en el Congreso Internacional de Caminos de hierro). (1900).

16) Clima Santiago de Compostela, España. Climatedata.eu. (2014). Información obtenida en:

http://www.climatedata.eu/climate.php?loc=spxx0208&lang=es.

17) Fuerza G. Wikipedia.org. (24 Agosto, 2014). Información obtenida en:

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http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_G

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proyecto fin de carrera -...

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