Diseño de una herramienta para la determinación de pautas de arrastre óptimas en el transporte ferroviario. Aplicación a la red ferroviaria de la Empresa de Ferrocarriles del Estado de Chile

Abstract

[EN] The increasing globalization of markets has led to a greater volume of both imports and exports in almost all countries over the world. Regarding the modal split of freight transport, it is easy to see the great unbalance between the different modes of freight transportation, being the road freight transport (RFT) the most dynamic sector with a highest level of load movements. In contrast to road freight transport, the railway transport has a vast number of advantages, such as greater energy efficiency, lower CO2 emissions and lower external costs from the point of view of pollution, saturation, accidents and sustainability. Nevertheless, despite the upward trend, the freight railway transport has not increased according to requirements of both export and import volumes. Hence, it is necessary to change some aspects in order to improve its competitiveness against roads. The different factors to improve are: - Longer Trains - Lower operational and maintenance costs - Innovation in double-stack - Security improvements - Greater service levels: faster trains, higher frequency of service and more reliable schedules All these factors are closely related to the drag patterns. Drag patterns are defined as the ability of tractors to carry loads considering its power, speed and characteristics of the stretch on which the vehicle is circulating. Thus, once the drag patterns are defined, it is possible to carry out the aforementioned improvements in order to turn the rail freight transport into a highly competitive system. Thus, the present Master-s Thesis has expected to develop a mathematical algorithm able to predict both what pattern can carry a specific train engine as well as what residual velocities is going to register the locomotive throughout its journey. This calculation has been carried out according to the journey requirements. Thus, the main parameters that may affect the results are: the circulation speed, the track geometry, power and weight of the locomotive. Once the mathematical model has been developed, the current guidelines proposed in the regulations of EFE (Empresa de Ferrocarriles del Estado de Chile) have been considered as a reference for the model-s calibration. Thus, once the model was calibrated, field tests were carried out in the Railroad Administrator-s network in order to validate the model developed. The aim of this Thesis is to lay the foundations for future studies in order to enhance the freight railway transport thanks to the optimization of drag patterns. Hence, freight railway transport will be considered as a more competitive choice adapted to the real needs of the sector.

[ES] La creciente globalización de los mercados ha dado lugar a un mayor volumen tanto de importaciones como de exportaciones prácticamente en la totalidad de países del mundo. En cuanto al reparto modal de transporte de mercancías, generalmente, puede observarse que existe un gran desbalance entre los diferentes modos de transporte de cargas, siendo el transporte de carga por carretera (TCC) el sector con una actividad más dinámica y que representa mayor movimiento de cargas Frente al transporte de mercancías por carretera, el ferrocarril presenta un gran número de ventajas, tales como una mayor eficiencia energética, reducción de emisiones de CO2 o menores costes externos desde el punto de vista de la contaminación, saturación, siniestralidad y sostenibilidad. Sin embargo, y a pesar de que el transporte de cargas mediante ferrocarril ha llevado una trayectoria ascendente, este incremento no ha evolucionado de manera paralela a las necesidades asociadas a los volúmenes de tanto de exportación como de importación. Por estos motivos, es necesario cambiar diferentes aspectos del sistema ferroviario que consigan hacer a este modo de transporte más competitivo respecto a la carretera. Los diferentes factores a mejorar son: - Trenes más largos - Reducción de los costes operacionales y de mantenimiento - Innovación en double-stack - Mejoras en seguridad - Mejoras en los niveles de servicio: trenes más rápidos, con mayores frecuencias en el servicio y mayor cumplimiento de los horarios establecidos

Todos estos factores están directamente relacionados con las pautas de arrastre. Se definen las pautas de arrastre como la capacidad de los equipos tractores para trasladar la carga considerando su potencia, velocidad de circulación y las características del tramo de vía por el que está circulando. De esta manera, conocidas las pautas de arrastre, se pueden llevar a cabo los cambios descritos anteriormente con el fin de hacer del transporte ferroviario de mercancías un sistema altamente competitivo. Por ello, en el presente Trabajo Final de Máster se ha pretendido desarrollar un algoritmo matemático capaz de predecir tanto qué pauta puede transportar una determinada locomotora como qué velocidades residuales va a registrar a lo largo de su viaje. Este cálculo, se ha llevado a cabo en relación a las condiciones establecidas para el viaje. De modo que, los parámetros que influyen principalmente en la determinación de los resultados son: la velocidad de viaje, la geometría de vía, la potencia y peso de la locomotora. Una vez desarrollado el modelo matemático, se ha tomado como referencia, para la calibración del mismo, las pautas actuales propuestas en la normativa de EFE (Empresa de Ferrocarriles del Estado de Chile). Una vez calibrado dicho modelo, se realizaron pruebas de campo, en la red de dicho Administrador Ferroviario, cuyo objetivo fue la validación del modelo desarrollado. El objetivo final del presente Trabajo es sentar las bases para futuros estudios de modo que gracias a la optimización en las pautas de arrastre en el transporte de mercancías por ferrocarril se consiga potenciar dicho modo de transporte convirtiéndolo en una opción mucho más competitiva y adaptada a las necesidades reales del sector.

[CA] La creixent globalització dels mercats ha donat lloc a un major volum tant d'importacions com d'exportacions pràcticament a la totalitat de països del món. Pel que fa al repartiment modal de transport de mercaderies, generalment, pot observar-se que existeix una gran descompensació entre els diferents modes de transport de càrregues, sent el transport de càrrega per carretera (TCC) el sector amb una activitat més dinàmica i que representa major moviment de càrregues. Enfront del transport de mercaderies per carretera, el ferrocarril presenta un gran nombre d'avantatges, tals com una major eficiència energètica, reducció d'emissions de CO2 o menors costos externs des del punt de vista de la contaminació, saturació, sinistralitat i sostenibilitat. No obstant això, malgrat el transport de càrregues per ferrocarril ha continuat una trajectòria ascendent, aquest increment no ha evolucionat de manera paral-lela a les necessitats associades als volums tant d'exportació com d'importació. Per aquests motius, és necessari canviar diferents aspectes del sistema ferroviari per tal d-assolir que aquest mode de transport siga més competitiu respecte a la carretera. Els diferents factors a millorar són: - Trens més llargs - Reducció dels costos operacionals i de manteniment - Innovació en double-stack - Millores en seguretat - Millores en els nivells de servei: trens més ràpids, amb majors freqüències en el servei i major compliment dels horaris establits Tots aquestos factors estan directament relacionats amb les pautes d'arrossegament. Es defineixen les pautes d'arrossegament com la capacitat dels equips tractors per a traslladar la càrrega considerant la seua potència, velocitat de circulació i les característiques del tram de via pel qual està circulant. Així doncs, conegudes les pautes d'arrossegament, es poden dur a terme els canvis descrits anteriorment amb la finalitat de fer del transport ferroviari de mercaderies un sistema altament competitiu. Per aquest motiu, al el present Treball Final de Màster s'ha pretès desenvolupar un algorisme matemàtic capaç de predir tant quina pauta pot transportar una determinada locomotora com a quines velocitats residuals va a registrar durant del seu viatge. Aquest càlcul, s'ha dut a terme en relació a les condicions establides per al viatge de manera que els paràmetres que influeixen principalment en la determinació dels resultats són: la velocitat de viatge, la geometria de via, la potència i pes de la locomotora. Una vegada desenvolupat el model matemàtic, s'ha pres com a referència, per al calibratge del mateix, les pautes actuals propostes a la normativa d'EFE (Empresa de Ferrocarrils de l'Estat de Xile). Una vegada calibrat aquest model, es van realitzar proves de camp a la xarxa d'aquest Administrador Ferroviari, l-objectiu de les quals va ser la validació del model desenvolupat. L'objectiu final del present Treball és asseure les bases per a futurs estudis de manera que gràcies a l'optimització en les pautes d'arrossegament al transport de mercaderies per ferrocarril, s-assoleixi potenciar aquest mode de transport convertint-ho en una opció molt més competitiva i adaptada a les necessitats reals del sector.