Desarrollo de un dispositivo para mitigación de vibraciones para sistemas de catenaria rígida

Resum

El aspecto más importante en el diseño de cualquier sistema de catenaria es la interacción dinámica entre el pantógrafo y la línea aérea de contacto. Este es uno de los pilares para establecer un sistema de potencia fiable y garantizar la vida útil del hilo de contacto y el pantógrafo, ya que su influencia es directa en el desgaste de los mismos. Para garantizar esta fiabilidad, es necesario asegurar una buena calidad de captación de corriente, es decir, que el contacto pantógrafo-catenaria sea lo más constante y uniforme posible, garantizando un contacto permanente entre ambos elementos. La falta de un buen contacto hace que aparezcan despegues en el sistema, los cuales son causantes de un desgaste prematuro del hilo por las altas densidades de corriente que se producen al disminuir la superficie de contacto y generarse arcos eléctricos y microfusiones. Esto ocasiona una gran disminución de la vida útil tanto del hilo como del pantógrafo. El inicio y motivación del presente trabajo está en la solución a un problema real surgido en algunas líneas ferroviarias con sistemas de catenaria rígida. Algunos de los nuevos diseños y configuraciones de catenaria de estos sistemas han provocado la aparición de problemas de vibraciones que no se habían dado hasta el momento, ocasionando una reducción importante de la vida útil de los elementos del sistema y unos elevados costes de mantenimiento en reposiciones. Para ello, se ha llevado a cabo una revisión de la literatura científica de los diferentes sistemas de control de la respuesta dinámica en estructuras existentes y un estudio de la problemática intrínseca de los sistemas de catenaria rígida. Como solución a la problemática de estas líneas, se propone utilizar un sistema de amortiguación de masas sintonizadas (Tuned Mass Damper, TMD). Este sistema debe ser diseñado y sintonizado a la frecuencia natural del sistema principal en el que van a ser instalados. Por tanto, en el desarrollo del trabajo ha sido necesario modelar en 3D un sistema de catenaria para obtener las frecuencias de diseño del amortiguador. Se ha desarrollado un prototipo y se ha instalado un tramo de 54 metros de un sistema de catenaria rígida en un banco de pruebas, en el cual se han realizado los ensayos de validación del mismo. Tras las pruebas de validación del prototipo, las cuales han dado un porcentaje de mitigación de vibraciones mayor del 70%, puede concluirse que el diseño es efectivo en la mejora del comportamiento dinámico del sistema además de viable para ser instalado en sistemas de catenaria rígida. A la vista de los buenos resultados obtenidos por la solución propuesta, se ha presentado en la Oficina Española de Patentes y Marcas una solicitud de modelo de utilidad del presente prototipo de amortiguador de masas para catenarias rígidas, obteniendo una resolución favorable con número ES1185008U.