Sección09 Señalización Ferro

RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

SECCIÓN 9

SEÑALIZACIÓN

Santiago de Chile, 2003

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CONTENIDO SECCION 9 SEÑALIZACIÓN 9.1 Consideraciones Generales 9.1.1 Control de Tráfico y Señalización 9.1.2 Principios Básicos de los Sistemas de Señalización 9.1.3 Sistemas de Control de Tráfico 9.1.4 Consideraciones sobre la Tecnología de Señalización 9.2 Definición de Parámetros Básicos 9.2.1 General 9.2.2 Trazado de la Vía 9.2.3 Naturaleza del Transporte 9.2.4 Densidad de Tráfico 9.2.5 Velocidad de Circulación 9.2.6 Complejidad de las Maniobras 9.2.7 Tipo de Material Rodante 9.2.8 Modo de Tracción 9.3 Sistemas de Detección de Trenes 9.3.1 General 9.3.2 Movilización Telefónica o Radial 9.3.3 Movilización Mediante Bastón (staff) 9.3.4 Block Eléctrico 9.3.5 Otros Sistemas de Detección de Trenes 9.3.6 Zonas de Maniobras 9.4 Enclavamientos 9.4.1 Control y Comando 9.4.2 Funciones 9.4.3 Terminología 9.4.4 Tablas o Cuadros de Enclavamiento 9.4.5 Puesta en Servicio 9.5 Equipos al Costado de la Vía 9.5.1 Aparatos de Cambio 9.5.2 Circuitos de Vía 9.5.3 Señales 9.5.4 Relés de Seguridad 9.6 Puestos de Comando de Tráfico 9.6.1 Funcionalidad 9.6.2 Representación en el Panel Mímico 9.6.3 Programador General de Tráfico 9.6.4 Puesto de Mando Centralizado de Tráfico 9.7 Suministro Eléctrico para el Sistema de Señalización 9.7.1 General 9.7.2 Abastecimiento del Sistema de Señalización 9.7.3 Abastecimiento de la Red de Distribución 9.7.4 Distribución en Baja Tensión 9.7.5 Equipos de Respaldo

9-1 9-1 9-1 9-1 9-3 9-4 9-6 9-6 9-6 9-7 9-8 9-9 9-9 9-9 9-10 9-11 9-11 9-11 9-12 9-14 9-17 9-21 9-23 9-23 9-24 9-25 9-26 9-28 9-28 9-28 9-39 9-49 9-57 9-58 9-58 9-60 9-63 9-64 9-69 9-69 9-69 9-70 9-70 9-70 MIDEPLAN - SECTRA

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9.8 9.8.1 9.8.2 9.8.3 9.8.4 9.8.5 9.9 9.9.1 9.9.2 9.9.3 9.10 9.10.1 9.10.2 9.11 9.11.1 9.11.2 9.11.3 9.11.4 9.11.5 9.11.6 9.12

Automatismos de Conducción General ATP ATO ATC Conducción Automática con Programa Implantado en la Vía Cables y Canalizaciones General Características de los Cables Instalación o Tendido de los Cables Evaluación de Elementos Existentes Instalaciones Completas Subsistemas o Equipamiento en Particular Normas Empresa de los Ferrocarriles del Estado EFE IEC-Comisión Electrotécnica Internacional AAR-Association of American Railroads AREMA-Communications and Signals Manual AFNOR-Asociación Francesa de Normalización Normas RENFE Bibliografía

9-71 9-71 9-72 9-72 9-73 9-73 9-76 9-76 9-77 9-78 9-80 9-80 9-81 9-85 9-85 9-85 9-85 9-87 9-88 9-88 9-89

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SECCION 9

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SEÑALIZACIÓN

9.1

Consideraciones Generales

9.1.1

Control de Tráfico y Señalización El concepto tradicionalmente denominado Señalización se refiere básicamente a los sistemas de Control de Tráfico, que constituyen el marco en el cual se desarrollan las actividades operacionales del ferrocarril, una de cuyas herramientas fundamentales es el sistema de señalización. Los sistemas de Control de Tráfico tienen por objeto primario aumentar la eficiencia de la operación ferroviaria, mientras que el objeto principal de los sistemas de señalización es garantizar la seguridad en la operación. Los sistemas de señalización ferroviaria están compuestos por todos los elementos y materiales destinados a obtener que el movimiento de los trenes se efectúe en condiciones de seguridad y sin accidentes. Los accidentes producidos por la circulación de los trenes pueden ser de tres naturalezas: (a)

Encuentros frontales, en que dos trenes circulan por una vía única en direcciones opuestas.

(b)

Alcance de trenes, en que dos trenes circulan por una vía única en la misma dirección.

(c)

Convergencia, en que dos trenes recorren simultáneamente rutas que tienen distintos orígenes con un destino común.

(d)

Roce o choques laterales, en que dos trenes experimentan una colisión lateral debido a que se interfieren sus gálibos.

Los sistemas de señalización tienen por objeto evitar estos accidentes sin interferir en forma irrazonable con la eficiencia de los movimientos de los trenes. 9.1.2

Principios Básicos de los Sistemas de Señalización Todas las instalaciones de señalización deben ser concebidas y diseñadas con técnicas de seguridad intrínseca (fail-safe). Esto es una condición imperativa e imprescindible. Se basa en el supuesto que cada acción permisiva se obtiene mediante la presencia de un estado activo, lo que significa que se llevará a cabo la acción sólo si las condiciones de entrada están permanentemente presentes. Estas entradas son salidas de un sistema anterior sometido a las mismas rigurosas condiciones y así sucesivamente hasta la entrada final que es física y es la que permite un estado activo o no. Cualquier falla o pérdida de tensión lleva a una caída de las condiciones activas y de este modo la inhibición de las condiciones permisivas y el sistema pasa a un estado más restrictivo. El comando de una señal a libre (verde o amarillo) requiere de la presencia de un estado activo (comando a libre)

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La señal no tiene comando a rojo, pues por definición tiene aspecto rojo a menos que este presente el estado activo comando a verde o comando a amarillo. En los cruces a nivel no se comanda la bajada de las barreras o el destello de las señales viales y la activación de la campana. Por definición, la barrera debe estar abajo, las señales viales destellando y la campana sonando Sólo cuando está presente el estado activo de izar las barreras, acallar la campana y apagar las señales viales, se permite el paso de los vehículos viales. En cuanto a la movilización de los trenes, la pérdida de un estado activo implica que el tren se detenga, lo que define un estado seguro. El circuito de vía se basa en los mismos principios, de tal forma que el comportamiento del equipamiento que lo compone respecto a una degradación paulatina de sus características o avería interna eventual, deberá ser tal que evolucione siempre hacia un estado de menor energía, es decir al obtenido en presencia de una circulación por la vía. En consecuencia, cualquier falla que se presente en los equipos de señalización, tales como: • • • • • • • • •

cortocircuitos circuitos abiertos variaciones de frecuencias disminución o falta de tensión degradación de componentes electrónicos degradación de resistencias o condensadores fallas de aislación fallas de suministro fallas mecánicas

provocará siempre una condición más restrictiva e incluso la detención del tren. Dado a que los trenes son guiados por los rieles, los cambios de dirección, adelantamientos y cruces se pueden realizar tan sólo por medio de los aparatos de cambio. En consecuencia una vez establecida la trayectoria (ruta o itinerario), el movimiento del tren posee un sólo grado de libertad, la velocidad. El sistema de señalización con un muy reducido número de ordenes (aspecto de las señales) transmite estas instrucciones al maquinista. El reducido coeficiente de adherencia rueda-riel implica considerables distancias de frenado y en algunos casos la propia topografía del trazado impide regular la velocidad de acuerdo con el estado del trayecto (conducción a la vista), motivo por el cual en sistemas más desarrollados se repite en la cabina de conducción el estado de las señales, se dispone de sistemas de conducción manual protegida o finalmente de conducción totalmente automática. Todos estos equipamientos que permiten controlar la conducción del tren, también deben ser concebidos y diseñados bajo las técnicas de la seguridad intrínseca.

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9.1.3

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Sistemas de Control de Tráfico

9.1.3.1 General En los últimos años ha habido diversas iniciativas para sistematizar los conceptos involucrados en los diferentes sistemas de control de tráfico, teniendo en cuenta los requerimientos operacionales y de seguridad, y la tecnología utilizada. Los sistemas de control de tráfico han tenido una evolución algo diferente en Norteamérica y Europa, llegándose a ciertas definiciones que tienen por objeto básico alcanzar una cierta estandarización. Ellas son los llamados ATCS (Advanced Train Control Systems) y ATC (Automatic Train Control) en Norteamérica, y ETCS (European Train Control System) en Europa, el que es la base del ERTMS (European Rail Traffic Management System). 9.1.3.2 ATCS Los sistemas de Control de Tráfico Norteamericanos han sido agrupados en 5 niveles de complejidad y seguridad crecientes. NIVEL 1:

Considera el uso de la radio para el envío de órdenes de movilización, mediante mensajes de voz.

NIVEL 2:

Considera el uso de la radio para el envío de órdenes de movilización, mediante mensajes de datos.

NIVEL 3:

Considera el uso de la radio para el envío de órdenes de movilización, mediante mensajes de voz y/o datos e introduce el control de seguridad de block mediante equipos de conteo discreto y/o sistemas de seguridad intrínseca o vital.

NIVEL 4:

Considera el uso de la radio para el envío de órdenes de movilización, mediante mensajes de datos e introduce el control mediante circuitos de vía, comando a distancia de maquinas de cambio y ordenes de movilización mediante señales comandadas a distancia y confirmadas por medio de mensajes radiales. El control de seguridad de block y comando de señales y maquinas de cambio se realiza a través de sistemas de seguridad intrínseca o vital.

NIVEL 5:

Al concepto definido en el Nivel 4 se le introduce el control automático embarcado en los trenes.

9.1.3.3 Automatic Train Control - ATC Los conceptos de Control Automático de Trenes se refieren a tecnologías más desarrolladas de control de tráfico y seguridad. Están definidos conforme a los siguientes niveles: NIVEL 1:

Automatic Train Protection – ATP. Considera el control de seguridad de block, comando a distancia de señales y maquinas de cambio, control de franqueo de señales restrictivas, control de velocidad en ciertos puntos del trazado, a través de sistemas de seguridad intrínseca o vital. MIDEPLAN - SECTRA

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NIVEL 2:

Automatic Train Operation – ATO. Sobre la condición ATP, agrega el control de velocidad del tren en todo lugar y en todo momento, ya sea en conducción manual o en conducción automática.

NIVEL 3:

Automatic Train Supervision – ATS. Sobre la condición ATO, agrega el comando automático de rutas e itinerarios de acuerdo a programas prefijados.

El ATC es una parte especializada del ATCS y lo complementa, siendo nominalmente coincidentes a partir del momento que se introduce el concepto de detección de trenes mediante sistemas de seguridad intrínseca. 9.1.3.4 ETCS El ETCS es un sistema de Control de Tráfico avanzado que está definido conforme a los siguientes niveles: NIVEL 1:

Tiene transmisión puntual de información hacia el tren (Eurobaliza), con supervisión permanente del movimiento del tren. Este nivel está basado en señalización convencional al costado de la vía.

NIVEL 2:

Tiene transmisión continua de información hacia y desde el tren, basada en la transmisión de datos mediante un sistema de radio. El nivel permite la operación sin señales al costado de la vía, ya que permite simularlas en la cabina de los trenes.

NIVEL 3:

El Nivel 3 tiene además funciones de movilización, tal como el espaciamiento de los trenes. No requiere detección en la vía, ya que los trenes informan la posición de sus extremos al control central en forma permanente.

El ETCS es una parte especializada del ERTMS y lo complementa. La señalización chilena ha seguido los modelos norteamericanos y sus niveles de seguridad se asimilan a los niveles ATCS. En los diversos sectores de las redes chilenas hay sistemas que pueden asimilarse a los primeros 4 niveles, aunque el uso de la radio para la transmisión de datos no se utiliza aún. 9.1.4

Consideraciones sobre la Tecnología de Señalización La tecnología de señalización tradicional está basada en los circuitos de vía, que envían información sobre la ocupación de los cantones de vía por parte de los trenes, la que se utiliza ya sea en forma automática, como es en los blocks de plena vía, o en forma discrecional, como ocurre en los enclavamientos. Hasta antes del desarrollo de la electrónica era posible hablar de una tecnología relativamente estandarizada de señalización, desarrollada en Europa y Norteamérica, la que era conceptualmente muy similar en ambos continentes pese a presentar algunas diferencias no fundamentales.

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La esencia de esta tecnología reside en la detección de los trenes mediante circuitos de vía, la información a los maquinistas mediante señales luminosas instaladas al costado de la vía, enclavamiento de los circuitos de maniobras en las estaciones mediante sistemas de relés, estando todo el sistema organizado según lógica de seguridad (fail safe), de manera que cualquier falla del sistema lo coloque en un estado más seguro. La electrónica inicialmente complementó los sistemas de señalización tradicionales, incorporando nuevas tecnologías en los circuitos de vías, circuitos de estado sólido en los enclavamientos y control computacional centralizado del tráfico, lo que mejoró la eficiencia de los sistemas pero no introdujo variaciones conceptuales. Sin embargo, posteriormente ha habido una gran cantidad de desarrollos conceptualmente distintos, que van desde la supresión de las señales luminosas en la vía, hasta el control del tráfico mediante sistemas basados en posicionamiento satelital (GPS). Conceptos tales como PTS (Positive Train Separation), detección de los trenes mediante balizas activas o pasivas, blocks móviles y varios otros, se apartan por completo de la señalización tradicional. Aunque en este momento hay una serie de sistemas no tradicionales instalados en diversos ferrocarriles, todos estos están en diversas etapas de prueba y no es posible señalar a ninguno de ellos como el estándar de la industria. Elementos de detección tales como balizas, contadores de ejes, sistemas basados en GPS, detectores Doppler y otros en que no hay contacto físico entre el tren y el mecanismo de detección, aún presentan un porcentaje de fallas que, aunque muy bajo, no se considera admisible en comparación con la tecnología de circuitos de vía. Estos dispositivos se utilizan principalmente como elementos auxiliares para la ayuda a la conducción y la detección de anomalías, pero siempre asociados a sistemas de seguridad intrínseca. Por otra parte, la misma electrónica y los progresos experimentados en otras áreas del ferrocarril, han contribuido a mejorar la eficiencia de los sistemas “tradicionales” de señalización. Los circuitos de vía, basados en pulsos o en señales de audiofrecuencia, ya no requieren de interrupciones físicas en los rieles; los enclavamientos electrónicos en las estaciones no sólo son más simples, sino reprogramables con facilidad; los sistemas de control de tráfico computarizados utilizan programas de tráfico que sólo requieren la supervisión de su desarrollo totalmente automático; los reflectores de señales están basados en LED que fallan sólo en forma gradual y no repentina, etc. De esta manera, la capacidad, flexibilidad y disponibilidad de los equipos ha aumentado en forma considerable, mientras que los costos de mantenimiento se han reducido.

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Teniendo en cuenta todos estos antecedentes, se concluye que por el momento para los sistemas ferroviarios chilenos lo más conveniente resulta instalar sistemas de señalización mediante circuitos de vía y señales luminosas, con enclavamientos electrónicos y CTC computarizado, todos estos elementos correspondientes al “estado del arte”, dentro de los conceptos de la señalización tradicional. Estos sistemas tendrán con toda seguridad una vida útil de 20 o más años, y siempre será posible posteriormente superponerle nuevos sistemas, una vez que ellos hayan sido probados en otros ferrocarriles. 9.2

Definición de Parámetros Básicos

9.2.1

General El diseño y especificación de un proyecto de señalización dependerá de diversos factores: • • • • • • • •

9.2.2

características del trazado de la vía naturaleza del transporte que se efectúa por estas líneas (pasajeros, carga, etc.) densidad del tráfico velocidad de circulación complejidad de las maniobras tipo de material rodante modo de tracción otros

Trazado de la Vía

9.2.2.1 Clasificación Dentro del concepto de trazado debe separarse las vías de circulación de las zonas de maniobras. Las vías de circulación corresponden básicamente a vías tendidas entre zonas de maniobras o estaciones. Las estaciones pueden tener funciones de servicio, ya sea éste para el transporte de pasajeros o de carga, o tener solamente funciones de movilización de trenes. 9.2.2.2 Vías de Circulación Habitualmente las vías de circulación que comunican dos zonas de maniobra o estaciones contiguas se denominan blocks. Hay blocks de simple vía, de doble vía, o de más vías. Normalmente los blocks de doble vía tienen tráfico especializado, vale decir que están formados por dos vías con sentido único de circulación, aunque es posible circular por ellas “a contramano” en determinadas condiciones. En las vías dobles de EFE en Chile, los ferrocarriles circulan por la izquierda, pero el sentido de circulación por la derecha es más universalmente aceptado. En vías triples o cuádruples, los sentidos de circulación pueden variar según las horas de mayor demanda.

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El caso más simple –y más frecuente- de trazado ferroviario, es la vía simple. Para utilizar un trazado de vía simple en la que deberán circular trenes en ambos sentidos, se colocan a ciertos intervalos estaciones o desvíos de cruzamiento, donde los trenes se hacen pasar por vías diferentes, permitiendo así la circulación en direcciones opuestas. En estas condiciones, la premisa básica de la movilización es que en un determinado sector de vía simple entre dos estaciones sólo podrá haber trenes circulando en una sola dirección. Esta premisa es válida en forma independiente de la cantidad de vías que exista entre dichas estaciones. 9.2.2.3 Estaciones o Desvíos de Cruzamiento Las estaciones están compuestas de dos o más vías, las que permiten la circulación simultánea de trenes en diferente sentido, lo que habitualmente se denomina cruzamiento. Estas operaciones de cruzamiento pueden hacerse con trenes detenidos o en movimiento, dependiendo del grado de seguridad de los sistemas. Los desvíos de las estaciones pueden ser utilizados o no para servicio comercial. En el primer caso, los trenes de pasajeros se detendrán para tomar y dejar pasajeros, mientras que los de carga ingresarán a los desvíos del patio de carga, formado por líneas adicionales, con el objeto de tomar o dejar carros o, en el caso de trenes unitarios, permitir la carga o descarga de dichos carros. En el segundo caso, en que las estaciones o desvíos tienen solamente funciones de movilización, los trenes son enviados a vías diferentes, de manera que puedan seguir su recorrido por los blocks contiguos sin interferencia. La señalización de las estaciones tiene por objeto permitir a los trenes el ingreso y egreso seguro ya sea a los blocks contiguos o a los otros desvíos de la estación. Lo que diferencia la movilización en zonas de maniobras con la movilización en los blocks es fundamentalmente la presencia de los aparatos de cambio, que son los mecanismos que permiten cambiar de vía a los trenes. 9.2.3

Naturaleza del Transporte

9.2.3.1 Trenes de Pasajeros Los estándares de seguridad asociados a los trenes de pasajeros son habitualmente más elevados, no sólo porque estos trenes transportan personas, sino también porque circulan a mayores velocidades y en algunos casos, con frecuencias mucho mayores. El transporte de pasajeros está representado normalmente por movilizaciones acorde a itinerarios bien definidos, los que pueden presentar variaciones horarias, semanales y estacionales, dependiendo de su tipo. MIDEPLAN - SECTRA

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En viajes de recorridos cortos, normalmente desde y hacia la periferia de ciudades importantes, se requiere de trenes rápidos, frecuentes y a horarios bien definidos, en general de acuerdo a actividades laborales. A medida que la movilización de los trenes se aleja del polo o centro de actividad humana, la frecuencia va disminuyendo. Los trenes de corto recorrido normalmente se detienen en todas las estaciones y paraderos de su sector. Los trenes que recorren distancias medias habitualmente se detienen en estaciones intermedias de alguna importancia y los trenes de largo recorrido se detienen sólo en estaciones de mayor importancia. En las vías compartidas por diferentes clases de servicios, el diseño de la instalación de señalización debe permitir la adecuada convivencia de los trenes de corto, mediano y largo recorrido y, en las vías de tráfico mixto, con los trenes de carga. 9.2.3.2 Trenes de Carga Dependiendo de los sectores, el movimiento de los trenes de carga puede ser muy variable. Hay vías de gran densidad de tráfico, tales como aquellas dedicadas al transporte de materias primas, básicamente minerales, en las que se presenta formaciones estándar con itinerarios relativamente fijos. En general estas vías son dedicadas y no tienen tráfico de pasajeros. Estas vías son frecuentes en las minas del norte de Chile. Los trenes de carga general, en cambio, habitualmente comparten las vías con trenes de pasajeros. El transporte de cargas de gran volumen en trenes especializados, normalmente con orígenes y destinos precisos, requiere zonas de maniobra complejas sólo en las estaciones terminales y las estaciones intermedias se utilizan sólo como cruzamientos con otros trenes ya sea pertenecientes al mismo sistema o a otros. En cambio, el transporte en trenes de carga que toman y dejan carros en varias estaciones del recorrido, requiere complicadas maniobras en estas estaciones. Este tipo de transporte es cada vez menos frecuente y en los países desarrollados se halla prácticamente en extinción. Para el proyectista del sistema de señalización, la mayor complejidad la va a representar la convivencia en la plena vía o blocks, de trenes de pasajeros con alta frecuencia y velocidad, con trenes de carga, normalmente de baja velocidad. 9.2.4

Densidad de Tráfico La densidad de tráfico de una línea es un factor fundamental para el diseño del sistema de señalización. En una línea simple, su capacidad dependerá de la distancia entre estaciones de cruzamiento y de la tecnología de señalización y control de tráfico que se utilice, pero en general, estas líneas soportan entre 3 y 4 trenes por hora y sentido.

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Por sobre este límite se utiliza vía doble, en la cual la capacidad crece en forma considerable, dependiendo también de la tecnología de señalización. Según la longitud y/o la modalidad de los blocks de señalización (los que pueden fraccionar los blocks de plena vía), la capacidad de una vía doble puede sobrepasar los 30 trenes por hora y sentido. 9.2.5

Velocidad de Circulación La velocidad es otro factor importante en el diseño, ya que incide en factores importantes, tales como el tiempo de ocupación de los blocks, las distancias de frenado y otros. La convivencia en una misma vía de trenes de diferente naturaleza, como los diversos tipos de trenes de pasajeros y los trenes de carga, está condicionada básicamente por la velocidad de circulación de estos trenes.

9.2.6

Complejidad de las Maniobras Este factor se refiere al diseño de las estaciones, ya sea de pasada o terminales. En el caso de los trenes de pasajeros suburbanos o de cercanías, el sistema de vías y su correspondiente señalización puede presentar cierta complejidad, dependiendo de la operación. En el caso de sistemas telescópicos, o de bucles, las estaciones intermedias deberán contar con desviadores que permitan retornar a los trenes que allí terminan su servicio, mientras que las estaciones terminales deberán contar con líneas de estacionamiento para los vehículos que quedan fuera de servicio en las horas de menor demanda o durante la noche. Las estaciones terminales de carga pueden llegar a ser muy complejas, especialmente cuando contienen patios de clasificación o sistemas automatizados de carga y descarga. La convivencia de trenes que operan a diferentes velocidades puede también requerir de la instalación –y señalización- de desvíos de adelantamiento, los que permiten pasar a los trenes de mayor velocidad en los lugares de parada de los de menor velocidad.

9.2.7

Tipo de Material Rodante Las características de aceleración de los trenes y especialmente su perfil de desaceleración de servicio permitirán determinar, en función de la topografía de la línea, los tiempos de recorrido entre estaciones y zonas de maniobras, y las distancias de frenado frente a las señales. Asimismo, en el caso de seguimiento de trenes, la desaceleración de servicio es la que permite determinar la distancia mínima que puede existir entre trenes en movimiento en distintos sectores del trazado. El material rodante, atendiendo a sus características técnicas, se puede agrupar de la siguiente forma:

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1. Automotores de pasajeros autopropulsados en que una importante proporción de sus ejes es tractor. Estos trenes tienen gran capacidad de aceleración, pueden alcanzar altas velocidades y su desaceleración (m/seg2) es alta y muy uniforme entre trenes. 2. Trenes de pasajeros remolcados, formados por locomotora y coches. Su formación puede no ser uniforme, con distinta cantidad o tipo de coches y su material tractor puede estar compuesto por locomotoras de diverso tipo. Su capacidad de aceleración es mucho menor que la de los automotores, su velocidad máxima puede ser alta y su desaceleración puede no ser uniforme. 3. Trenes de carga que pueden tener formaciones totalmente tipificadas como en el caso de transporte de materias primas o composiciones diversas en cuanto a tipo de locomotoras o cantidad y tipo de carros. Su capacidad de aceleración y velocidad máxima son bajas. Su desaceleración (m/seg2) es baja, sin embargo como su velocidad máxima también es baja, su distancia de frenado puede no ser mucho más alta. 4. Trenes de servicio, los que se pueden clasificar en : • Trenes con carro grúa o pescante. • Trenes lastreros (transporte de balasto y otros materiales) • Equipos de mantenimiento de vía • Autotorres (mantenimiento línea de contacto) • Autocarriles • Motocarriles • Carros de empuje 9.2.8

Modo de Tracción

9.2.8.1 General El modo de tracción se puede clasificar en tracción a vapor, diesel y eléctrica. Para los efectos del presente documento, la tracción a vapor se considerará sólo como un antecedente histórico. 9.2.8.2 Tracción Diesel Desde el punto de vista del sistema de señalización, la tracción diesel tiene la característica de no utilizar los rieles como un conductor de retorno de la corriente de tracción, por lo que no hay impedimento alguno para instalar circuitos de vía de corriente continua, alterna, de audiofrecuencia, de impulsos de tensión elevada u otro. 9.2.8.3 Tracción Eléctrica La tracción eléctrica usa como alimentador o positivo de tracción la línea de contacto aérea o la barra de tracción o tercer riel a nivel de suelo. Para efectos de retorno de la corriente de tracción hacia las subestaciones de rectificación se usa los rieles como conductores eléctricos.

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Para efecto de los circuitos de vía, el hecho de tener que seccionar y aislar los rieles para definir la frontera entre los circuitos de vía, impide la circulación de la corriente de retorno de tracción hacia las subestaciones de rectificación. Para obviar esta situación, en la frontera entre los circuitos de vía debe montarse equipamiento denominado impedancias o conexiones inductivas que ofrecen muy baja resistencia al paso de la corriente continua de tracción e muy alta impedancia al paso de la corriente alterna de los circuitos de vía. Este equipamiento es de alto costo y de dimensiones importantes, lo que representa un ítem destacable en el presupuesto general de corrientes débiles. Este inconveniente no se presenta en los modernos sistemas de señalización sin juntas, en que los circuitos de vía son del tipo de audiofrecuencia, o de pulsos que no requieren interrupción física de los rieles para separarlos. 9.3 9.3.1

Sistemas de Detección de Trenes General La detección de los trenes en las vías tiene por objeto básico conocer en forma más o menos precisa su ubicación, por razones de seguridad, para evitar la autorización de entrada a un segundo tren en la misma vía. En etapas técnicamente más avanzadas, la detección automática es parte de los sistemas automáticos de movilización.

9.3.2

Movilización Telefónica o Radial En el caso de movilizaciones poco frecuentes, muy pocas al día y especialmente tratándose de transporte de materias primas o carga, el despacho de los trenes en las vías de circulación es simple y se efectúa mediante telefonía o la radiofonía. En el primer caso, telefonía, se acostumbra a solicitar autorización al movilizador de la estación de destino y con el aval de un tercero, el Inspector de Turno, se permite el despacho de un tren a la estación vecina. A fin de determinar responsabilidades en caso de accidente, el movilizador entrega un formulario al maquinista con la respectiva autorización. Una variante de esta modalidad es la llamada AUV (Autorización de Uso de Vía), en la cual la autorización de ingreso a un block se hace por vía telefónica, con respaldo computacional. Para el caso de ferrocarriles en que la importancia de las maniobras recae en las estaciones terminales y las estaciones intermedias son solo estaciones de cruzamiento, como es el caso del transporte de minerales, donde normalmente no se cuenta con personal en las estaciones de cruzamiento intermedias, se usa la radiofonía. El despachador o regulador autoriza, mediante radiocomunicación directa con los trenes, el avance a las estaciones de cruzamiento. Estas autorizaciones pueden asimismo hacerse con respaldo computacional.

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En ambos casos, de movilización telefónica o radiofónica, para efectos de determinar responsabilidades en caso de accidentes o incidentes operacionales, es recomendable disponer de una grabación permanente de las conversaciones entre el o los movilizadores y los trenes. En estos casos no es posible conocer la ubicación exacta de los trenes dentro del block y la autorización de ingreso a él es equivalente a que la totalidad del block queda ocupado por el tren 9.3.3

Movilización Mediante Bastón (staff) Para el caso de frecuencias mayores, o de transporte de pasajeros, es recomendable el uso de equipamiento de seguridad intrínseca que garantice la seguridad en el despacho de los trenes. Actualmente se sigue usando en algunos sectores de los ferrocarriles chilenos el sistema de bastón para la movilización en los blocks de simple vía. Este sistema comprende dos aparatos, uno en cada estación extrema del block, conectados eléctricamente. Cada uno de estos aparatos dispone de una gran cantidad de bastones, sin embargo el sistema permite que del conjunto de los dos aparatos sólo pueda retirarse un bastón en cada operación de movilización, no pudiendo retirarse un segundo hasta que el primero haya sido devuelto al conjunto en cualquiera de las dos estaciones. Para retirar un bastón de una de las máquinas, se requiere que el movilizador de la estación vecina “envíe corriente” mediante el accionamiento manual de un magneto, lo que implica un acuerdo entre ambos movilizadores. El bastón retirado de la máquina se entrega al maquinista, representando la autorización a ingresar al block y movilizarse hasta la estación vecina. Como una vez que el bastón ha salido del aparato, es imposible retirar un segundo bastón en cualquiera de las dos estaciones, es imposible autorizar que un segundo tren ingrese al mismo block. Una vez que el tren llegó a la estación vecina, el maquinista entrega el bastón al movilizador, quién lo ingresa a su aparato, dejando el sistema preparado para retirar un nuevo bastón desde el conjunto de ambos aparatos, para movilizar un nuevo tren en el block en cualquiera de los dos sentidos. Simultáneamente con el retiro del bastón desde el aparato, es posible también retirar de él una llave que permite maniobrar una señal para confirmar al maquinista la autorización de salida hacia la estación vecina. Cada block está dotado de un conjunto de dos aparatos staff, por consiguiente, en cada estación hay tantos aparatos como blocks confluyan a esta estación. A fin de que no se produzcan confusiones, cada aparato dispone de bastones con claves diferentes definidas por letras: A, B, C, D, etc. Estos bastones tienen además diferente forma, para que no puedan entrar en la máquina que no les corresponde.

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De acuerdo a lo que se ha descrito, es imposible autorizar la entrada de más de un tren en el mismo block, ya que sólo puede haber un bastón fuera del sistema. Sin embargo, el sistema permite movilizar dos y aún tres vehículos en el mismo sentido en forma simultanea. Para esto, algunos de los bastones pueden desamarse en dos o en tres partes. Se entrega una parte al primer vehículo, otra parte al segundo vehículo y la otra parte al tercer vehículo. Una vez que los tres vehículos han llegado a la estación de destino, el movilizador arma el bastón conectando sus tres partes integrantes, lo introduce al aparato y el sistema queda nuevamente preparado para operar.

FIGURA 9-1

Este procedimiento, denominado Movilización en Permisivo, se emplea solamente para movilizar vehículos de servicio detrás de trenes y nunca trenes detrás de trenes, por razones de seguridad. Los maquinistas que viajen en vehículos en permisivo detrás de otro vehículo en el block son responsables de mantener en forma visual una distancia prudente con el vehículo al que siguen. Solo es aconsejable autorizar movilizaciones en permisivo en trazados con pocas o muy amplias curvas y con buena visibilidad. En trazados con curvas, de noche, con lluvia fuerte o neblina no es recomendable esta forma de movilización.

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El sistema de staff es muy seguro y confiable, y se ha utilizado en todo el mundo durante muchos años, hasta que el desarrollo de las comunicaciones modernas y la electrónica, lo ha desplazado, especialmente debido a que su operación requiere tener movilizadores en todas las estaciones. Sin embargo, en casos especiales el staff sigue siendo una buena alternativa, debido a su simplicidad y bajo costo. Un ejemplo de utilización reciente del sistema staff es en el desvío provisional para la construcción del túnel entre El Salto y Capuchinos, en que la doble vía señalizada entre Limache y Puerto se ve interrumpida por un tramo de vía simple, no señalizada, de 5 kilómetros de longitud. La movilización en este tramo se hace mediante bastón, ubicando un movilizador en cada extremo. En el caso de la movilización mediante bastón tampoco es posible conocer la ubicación exacta de los trenes dentro del block y la autorización de ingreso a él es equivalente a que la totalidad del block queda ocupado por el tren, hasta que el bastón sea cancelado en la estación de destino. En el caso de las movilizaciones en permisivo, debe tenerse en cuenta que el sistema introduce la condición insegura de permitir que se produzca un alcance de trenes en el block, pese a estar correctamente movilizados. 9.3.4

Block Eléctrico

9.3.4.1 General El block eléctrico es un sistema de detección automática de trenes, que adecuadamente combinado con una lógica de seguridad en el diseño de las alternativas de maniobras en las estaciones, permite movilizar los trenes en forma directa o remota mediante indicaciones compuestas por señales luminosas enclavadas (condicionadas) entre ellas. Las señales son habitualmente linternas de potencia suficiente para ser vistas a una distancia suficiente para el frenado, con reflectores de colores (aspectos), indicando el rojo una orden de detención, el amarillo (o ámbar) avance con precaución y el verde vía libre. Estas señales se colocan en todas las vías del sistema y sólo pueden ser sobrepasadas por los trenes en sus aspectos amarillo o verde. Mediante enclavamiento eléctrico de las señales de salida de las estaciones, solo se permite el ingreso de un tren al block cuando éste se encuentra desocupado y cuando las señales de salida antagónicas o incompatibles están en rojo.

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FIGURA 9-2

Este sistema de enclavamiento eléctrico está sustentado en los principios de la seguridad intrínseca, es decir cualquiera falla en el equipamiento hará que las señales adquieran el aspecto rojo. Asimismo, los enclavamientos en las estaciones sólo permiten las maniobras seguras, impidiendo la realización de maniobras que no tengan este carácter. 9.3.4.2 Blocks de Vía Simple En blocks eléctricos de simple vía también es posible diseñar sistemas que permitan la movilización en permisivo de un tren detrás de otro. Para este efecto, el block es dividido en una serie de circuitos de vía o cantones protegidos por señales intermediarias en ambos sentidos. Bajo estas circunstancias puede movilizarse trenes prevenidos uno detrás de otro y sólo cuando el último tren en permisivo ha abandonado el block es posible circular en el sentido antagónico. La ventaja de este sistema sobre el de la movilización en permisivo con bastón es que en este caso la separación entre los trenes está controlada por señales intermediarias, impidiendo por lo tanto un eventual alcance de trenes. En la movilización de trenes en permisivo en trazados con mucha pendiente en alguno de los sentidos de circulación, o en que trenes circulen cargados en un sentido y vacíos en el otro, se produce el fenómeno de que la distancia de frenado del material rodante es distinta según el sentido de circulación. Bajo estas circunstancias puede ser recomendable diseñar la señalización de modo que en un sentido de circulación se exija mayor separación o mayor cantidad de circuitos de vía libres entre trenes, que en el otro sentido de circulación.

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9.3.4.3 Blocks de Vía Doble Por definición, si un trazado tiene doble vía, es porque el volumen de tráfico en la línea es importante y por lo tanto, se justificará la instalación de sistemas de detección automática de presencia de los trenes. Habitualmente en doble vía una vía se denomina Vía de Bajada y la otra Vía de Subida. Los blocks entre estaciones están divididos en la suficiente cantidad de circuitos de vía protegidos por señales intermediarias, que permitan un adecuado seguimiento entre trenes de acuerdo con el volumen de tráfico de la línea. En algunas oportunidades es necesario dejar una de las dos vías fuera de servicio, ya sea por accidentes o por faenas de mantenimiento mayor y el tráfico en ambas direcciones debe efectuarse por una sola de las vías. En este caso, los trenes que circulan en uno de los sentidos lo harán con la señalización en forma normal, mientras que los que circulan en sentido contrario lo harán a contravía o contramano. Si las vías no cuentan con señalización bidireccional, la movilización a contravía se hace mediante movilización telefónica en condiciones de emergencia, anulando los enclavamientos de seguridad. Si bien esto es factible y puede hacerse con tráfico restringido y precaución, no es una situación deseable, ya que puede dar –y ha dado- origen a accidentes. Es preferible diseñar la señalización de tal forma que se permita la circulación a contravía con autorización de una señal de salida de la estación, con lo que la operación mantendrá los niveles de seguridad fijados al sistema. En este caso no se autoriza la circulación de trenes en permisivo a contravía, ya que no existen señales intermediarias en el otro sentido, lo que por demás no sería necesario, porque cuando una de las vías queda fuera de servicio, en la movilización prevalecerá la alternancia de trenes por sobre el seguimiento. 9.3.4.4 Blocks de Tres o Más Vías Existen diversas razones por las cuales se construyen secciones de 3 o más vías: •

Por saturación de blocks de dos vías debido al aumento de tráfico. En los blocks de dos vías, que pueden asimilarse a dos vías de sentido único, la capacidad depende del distanciamiento entre señales intermediarias. La distancia entre ellas depende de diversos factores, de los cuales el más importante es la distancia de frenado. Cuando ya no es posible acortar los cantones de señalización, la vía ha llegado a su límite de capacidad. En blocks señalizados mediante circuitos de vía, con las modernas técnicas de control de tráfico puede llegarse a 30 trenes por hora y sentido.

•

Por la necesidad de movilizar trenes de diferente velocidad. En sistemas de densidad de tráfico baja es posible movilizar trenes de diferente velocidad, ya sea porque algunos de éstos circulen a una mayor velocidad o porque no se detengan en todas las estaciones. Cuando uno de los servicios tiene densidad alta, es necesario contar con vías especializadas, las que pueden ser una, dos o más.

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La señalización de una vía adicional puede o no formar un sistema integrado con las existentes. En caso de considerarse conveniente formar un sistema integrado, la tercera vía habitualmente estará dotada de señalización bidireccional (banalizada) de manera de poder ser utilizada en forma indistinta en ambos sentidos, dependiendo de las condiciones puntuales de la demanda de tráfico. Para el caso de dos vías adicionales, normalmente éstas tienen las mismas características de la doble vía que complementan, aunque si se trata de sistemas especializados, situación muy frecuente en Europa, su señalización constituye un proyecto enteramente separado, según las características del sistema que operará. 9.3.5

Otros Sistemas de Detección de Trenes

9.3.5.1 General Se ha desarrollado una serie de sistemas diferentes a los circuitos de vía, con el objeto de detectar la presencia de los vehículos ferroviarios en un punto determinado de la vía, ya sea éste plena vía o estaciones. Por lo general, estos sistemas se utilizan en forma redundante o complementaria, por razones de seguridad. 9.3.5.2 Detectores de Ejes (axle counters) Este sistema se usa para detectar la presencia o ausencia de trenes en un block. En ambos extremos del block se sitúa un par de pedales que según el orden en que acusen el paso de los ejes determinan el sentido de la circulación. Se asigna el signo positivo a los ejes entrantes al cantón y el signo negativo a los ejes salientes del cantón. En la actualidad se emplea de modo casi exclusivo pedales electromagnéticos cuyas bobinas emisoras son alimentadas a frecuencias de 5 a 10 kHz. Se cuenta con circuitos de adaptación y un sistema evaluador del que los pedales son las entradas se calcula el paso de cada eje en tiempos reales y la suma algebraica de los ejes existentes en el cantón será la comparación entre el número de entradas con el de las salidas, ne - ns. El criterio del block o cantón libre se obtiene evidentemente si el valor de dicha suma algebraica es nulo, ne = ns. El origen de estos sistemas contadores de ejes fue motivado por la aparición de durmientes metálicos en numerosas redes centroeuropeas y es ampliamente utilizado en plena vía en Alemania. Económicamente, la sustitución de un circuito de vía tradicional por un contador de ejes no es rentable; por el contrario, sí lo es, en los casos en que por la gran longitud del block es preciso el empleo en cascada de varios circuitos de vía para la supervisión del cantón.

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La tasa de fallas de los sistemas contadores de ejes es superior a la de los circuitos de vía y un aspecto de importancia a considerar es que después de la reparación de una falla, la excitación del circuito de vía garantiza de que no hay material rodante en el cantón; sin embargo, en el contador de ejes, después de la reparación de una falla debe reponerse a cero el evaluador lo que es una acción que siempre implica un riesgo ya que no hay como garantizar absolutamente que no existe material rodante en el cantón. La gran ventaja de los contadores de ejes es que hasta la fecha se han revelado como inmunes a las perturbaciones ocasionadas por el empleo de tiristores en tracción. A diferencia de los circuitos de vía que detectan permanentemente la presencia de los trenes en un tramo de la vía, los pedales o detectores de ejes detectan la presencia o pasada del tren solamente en un punto preciso. Estos dispositivos no sólo se utilizan para este objeto, sino además para reunir una serie de informaciones adicionales, de las cuales la más importante es la cantidad de ejes que pasa por el detector. (a) Pedales electromecánicos Consisten en un dispositivo muy simple, con un brazo o pedal abatible que es accionado por el paso de la pestaña de la rueda del tren. Este brazo, montado en un eje, provoca la apertura o cierre de contactos eléctricos contenidos en una caja o cabeza adosada al riel. Los pedales electromecánicos tienen algunas desventajas: • • •

pueden no detectar algunos vehículos ligeros, como motocarriles o carros de empuje requieren de regulación y mantenimiento periódicos pueden ser dañados fácilmente por acciones vandálicas

Es fundamental su empleo en el sistema de detección del estado de los neumáticos en trenes con ese tipo de rodado (Metro). El desinflado de los neumáticos se detecta por el descenso de la pestaña de la rueda de seguridad de acero. Calibrando adecuadamente el ángulo del brazo del pedal se puede determinar una pérdida de presión con precisión de hasta un 15%. (b) Pedales electrónicos Funcionan sobre la base de la variación del campo magnético producida por el paso de las ruedas del tren. La gran ventaja de este detector es que es totalmente estático, no interviniendo en parte alguna de sus circuitos elementos mecánicos móviles. Este pedal, así como sus sistemas asociados, debe cumplir con todas las exigencias de la seguridad intrínseca.

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El detector de ejes o pedal electrónico podrá adoptar diferentes configuraciones para adaptarse a las exigencias de explotación requeridas, siendo sus partes básicas: una cabeza detectora, la unidad de proceso y un sistema de transmisión. La activación de la cabeza detectora se producirá únicamente por la detección del paso de la pestaña de las ruedas y no por ninguna otra parte del tren. La cabeza detectora deberá tener unas características de diseño tales que excluyan el funcionamiento inadecuado, debido a vibraciones mecánicas o a cualquier otra fuerza exterior. Su funcionamiento debe ser independiente de factores externos: • • • • • • •

tipo de material empleado en los durmientes (madera, hormigón, acero) tipo de balasto tipo de ruedas (diámetro, construcción o grado de desgaste) desplazamiento lateral de las ruedas sobre los rieles. tipo de riel empleado peso del equipo rodante tipo de tracción

Su fijación al riel deberá ser tal que no precise reajustes posteriores para mantener la posición requerida. Preferentemente tendrán ocultos los puntos de fijación y conexión, debiendo el conjunto admitir una entrada de cables blindada. La cabeza detectora estará convenientemente protegida para su trabajo a la intemperie, así como de la presencia de aceites y productos de transporte depositados en el material rodante. Su diseño será tal que permita trabajar con unidades de proceso para la cuenta de ejes o como detector de paso de formaciones con técnica fail-safe. En ambos casos, su desmontaje o la simple separación del riel deberá provocar la detección como si se tratase de un circulación. El cortocircuito o el circuito abierto de los cables de interconexión deberá ser interpretado como detección de tren. Las cabezas detectoras deberán ser inmunes a interferencias eléctricas exteriores, tales como descargas atmosféricas, cortes de conexión de las tomas de contacto de los trenes, retornos de tracción de hasta 1.000 amperes. La cabeza detectora deberá funcionar correctamente para velocidades comprendidas entre 0 y 200 km/h. Las unidades de proceso de la información de la cabeza detectora deberán ser direccionales, permitiendo así conocer el sentido de circulación del tren. El diseño de la unidad de proceso será tal que una falla de los elementos que intervienen, provoque la anulación de la tensión de salida. La unidad de proceso deberá poder identificar circulaciones distintas en trayectos con sucesión de trenes. La unión entre las cabezas detectoras y las unidades de proceso deberá funcionar correctamente con una distancia de al menos 2.500 m, sin necesidad de repetidores.

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9.3.5.3 Balizas A diferencia de otros sistemas de transmisión desde tierra a tren que permiten suministrar información, ya sea al maquinista o a equipos de control embarcados, en forma permanente mientras el tren se desplaza, las balizas son dispositivos ubicados en tierra que entregan información al tren en un punto definido. Existen balizas fijas que transmiten siempre la misma información y balizas conmutables que transmiten informaciones diversas, según varían las condiciones de movilización. Su funcionamiento se basa en los principios de la seguridad intrínseca, de tal forma que cualquier falla o ausencia de alimentación implique entregar la orden más restrictiva. El conjunto de elementos constituyentes de la baliza se incluirá en una caja con resistencia mecánica muy elevada y gran protección frente a los agentes atmosféricos, pues normalmente se instala en la vía, entre los dos rieles. La baliza requiere de su contraparte, que es el captador o receptor ubicado en el material rodante, que se encarga de leer o descifrar la información emitida desde tierra. Este captador se ubica en el exterior del vehículo, por lo que debe ir montado en una caja con protección frente a golpes y agentes atmosféricos. Teniendo en cuenta las condiciones impuestas por el enclavamiento del sistema de señalización y las características de la línea, las balizas transmitirán información en condiciones de ser captada por los vehículos. La transmisión de información normalmente se apoya en el acoplamiento inductivo. Los equipos de a bordo de los vehículos, que captan y procesan la información procedente de tierra la transformarán en indicaciones al maquinista o a los órganos de conducción automática si así procediere, que de ser incumplidas, producen automáticamente el frenado del tren. Estas balizas, en la mayoría de los casos, se emplean para controlar el sobrepaso de señales en aspecto restrictivo o controlar la velocidad del tren cuando franquee una señal amarilla que avise al maquinista que la próxima señal está en rojo. En el caso que el conductor sobrepase una señal restrictiva (roja), la sanción es la detención del tren con frenado de emergencia. En el caso que el conductor sobrepase una señal amarilla, el sistema emite una señal óptica y acústica que cesará accionando un pulsador de reconocimiento, con sanción de frenado de emergencia. En el caso de comprobación de velocidad, se verifica el tiempo que empleó el tren en su paso entre dos o más balizas situadas a distancia que dependen de la máxima velocidad que se requiere controlar. Hay indicaciones ópticas y acústicas con sanción de frenado de emergencia.

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La conexión de la baliza a la señalización normalmente se realiza utilizando una unidad de conexión cuyo funcionamiento se basa en el principio de tomar una fracción de la energía eléctrica aplicada a la propia lamparilla de la señal y emplearla para la baliza. Los conceptos expuestos sobre el empleo de balizas son aplicables en el caso de que se emplean señales tradicionales, de forma o luminosas para la transmisión por medios ópticos de ordenes al maquinista. El intelecto humano con su capacidad lógica, de memoria y auto correctiva y la naturaleza no estrictamente puntual de las señales tradicionales transmitidas al órgano receptor, el ojo del maquinista, permiten un estilo de conducción cuyas prestaciones pueden llegar a ser análogos e incluso superiores a las obtenibles con sistemas automáticos de alto nivel. Sin embargo, la inserción del elemento humano como órgano receptor, decodificador, memorizador y de comando para los sistemas de marcha y frenado, origina en razón a la relativamente elevada tasa de error que le es inherente, una considerable probabilidad de cometer errores en la ejecución de la conducción del tren. Es por esto que el empleo de balizas se hace necesario en los ferrocarriles a medida que aumenta la frecuencia y complejidad de la explotación y es el paso lógico previo a la conducción automática protegida (ATP). 9.3.6

Zonas de Maniobras Lo que diferencia la movilización en zonas de maniobras de la movilización en los blocks es fundamentalmente la presencia de los aparatos de cambio. Para el caso de movilizaciones poco frecuentes, en vías secundarias o vías exclusivas de transporte de carga, los cambios no son protegidos. Al llegar a la zona de maniobras el maquinista detiene el tren y observa la posición de las agujas y de la paleta que las gobierna. Si es preciso mover las agujas, su ayudante opera las agujas a la posición requerida mediante la paleta. En estaciones con personal, puede darse el caso que la operación de los cambios sea responsabilidad del funcionario de la estación o zona de maniobras. En este último caso el cambio puede estar protegido por un candado estándar. En casos de vías simples con recorrido regular de trenes unitarios puede evitarse la operación de los cambios mediante la utilización de cambios talonables o “atropellables”. En las estaciones de cruzamiento, los cambios extremos están en el sentido cargado hacia la recta y en el sentido vacío hacia el desvío, de manera que el tren cargado ingresa a la recta sin detenerse y al llegar al cambio de salida lo toma de talón, abriendo las agujas, que están afirmadas en su posición mediante resortes, con el solo empuje de las ruedas. Para evitar que las agujas vuelvan a su posición de inmediato, empujadas por el resorte, la barra de accionamiento tiene un retardador. En estas operaciones el cruzamiento de trenes se realiza en ciertas estaciones predeterminadas, donde el tren que llega primero debe detenerse y esperar la llegada del segundo. La movilización en estos casos es por radio. MIDEPLAN - SECTRA

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Otras variantes de operación de cambios no señalizados incluyen cambios motorizados que son accionados mediante un pulsador ubicado al costado de la vía, al alcance del maquinista desde la locomotora, u operados desde la locomotora mediante un comando infrarrojo o de microondas. En sectores de algo mayor densidad de tráfico, que por lo tanto justifican una cierta señalización, la posición de las agujas de un cambio puede asociarse a un farol indicador de posición de cambio ubicado próximo a la punta de las agujas. En los sectores no señalizados, en la mayoría de los casos, los reglamentos de movilización exigen que el tren proveniente del block solo puede franquear los cambios con autorización de señales de mano hecha desde los cambios o desde el frente de la oficina de movilización. Estas señales de mano se hacen mediante banderas en el día y faroles en la noche. Asimismo, para la salida desde la estación se exige la señal de aspa a libre y la posesión del bastón cuando así procede. En ausencia o falla de estos equipamientos se autorizará el franqueo de los cambios de salida mediante formulario de emergencia y señales de mano. En el caso de movilizaciones más frecuentes debe recurrirse a la señalización de los cambios. Se dice que un cambio está señalizado, cuando su operación está condicionada al aspecto de las señales que permiten abordarlo y al estado del circuito de vía que lo incluye. La operación de un cambio señalizado puede efectuarse: • • •

en forma manual con autorización mediante cerradura eléctrica o llave asociada a un enclavamiento mediante comando por transmisión mecánica desde una cabina local mediante equipamiento electromecánico, electrohidráulico o electroneumático comandado a distancia desde la cabina local o desde un centro de comando centralizado

En las zonas de maniobra, el aspecto de las señales está condicionado a la posición de los cambios, al estado de los circuitos de vía que autorizan abordar y al aspecto de las señales antagónicas. Este condicionamiento de la operación de los cambios en función del aspecto de las señales y del estado de los circuitos de vía, condiciona a su vez el aspecto de las señales en función de la posición de los cambios y del estado de los circuitos de vía y está garantizado por lo que se denomina “enclavamiento”. El enclavamiento puede ser mecánico, electromecánico, eléctrico -también denominado “a todo relé”- o electrónico. Según el grado de modernidad de las instalaciones, desde una cabina de movilización ubicada en algún lugar apropiado de la zona de maniobras se comanda las señales y los cambios que la conforman mediante palanca grande, palanca chica, perillas, botones pulsadores o teclados. En instalaciones más sofisticadas el comando de estos elementos se efectúa en forma remota desde un puesto de comando centralizado de tráfico.

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Cuando el tráfico es muy intenso, es de gran conveniencia aplicar el concepto de comando por rutas, pues la acción de comandar individualmente cada cambio y cada señal que conforman un trayecto o ruta demanda demasiado tiempo, lo que impide obtener un optimo rendimiento de la instalación fija y del material rodante, además de generar una actividad agotadora para el movilizador. El comando por rutas implica que el movilizador, desde botoneras especializadas o teclado, oprime “origen” y luego “destino” y a continuación automáticamente se operan los cambios y cambian de aspecto las señales que intervienen en el recorrido que debe efectuar el tren desde su origen, recorriendo las vías de tránsito hasta llegar a su destino. Toda estación señalizada cuenta con un tablero, diagrama o panel que representa el esquema de las vías de la zona de maniobras con indicación de ocupación de circuitos de vía, posición de cambios, aspectos de las señales y otras funciones. Su tecnología se soporta en lamparillas eléctricas, paneles de diodos electroluminiscentes, video-proyección y en las instalaciones más modernas, pantalla y teclado. En grados superiores de complejidad y frecuencia de las movilizaciones se recurre a programadores generales de tráfico, los que apoyados en poderosos y complejos softwares automatizan totalmente la operación de las zonas de maniobra en general de toda la red, relegando la función del movilizador a la supervisión de la marcha del sistema, interviniendo sólo en caso de fallas o situaciones imprevistas. 9.4

Enclavamientos

9.4.1

Control y Comando La mayoría de los aparatos que se comandan desde un puesto de mando requieren que, estando la palanca de comando en un estado determinado, lo esté también el aparato que comanda en el mismo estado. En estos casos, para confirmar que la palanca de comando y el aparato estén en un mismo estado, se recurre a circuitos especiales de control, que en general están asociados con los aparatos de cambio y las señales. Mediante esta asociación se controla el movimiento de la palanca a través de un circuito que sólo se establece cuando en terreno se comprueba que se realizó el movimiento del aparato asociado a ella. El término palanca, en este contexto, debe entenderse en sentido muy amplio. Puede no ser realmente una palanca, sino simplemente una perilla, un pulsador, una tecla, un mouse o una orden de un programador general de tráfico. Para el caso del control de señales, el circuito controlador comprueba la excitación del relé de comando y en el caso de sistemas con comprobación de lamparilla fundida, comprueba además que esté circulando corriente por el filamento. En el caso del control de los cambios, además de la posición de las agujas se comprueba que el cerrojo del cambio esté introducido. Obviamente, para el caso de los circuitos de vía sólo se cuenta con control y no con comando.

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Si aparte de lo anteriormente expuesto, se establece una relación entre los aparatos de cambio y las señales asociadas, el control que se logra es de carácter imperativo y permanente. Dicho de otra forma, si aunque en teoría una aguja está correctamente comandada, pero el aparato no ha logrado alcanzar la posición asociada en terreno, un circuito provocará que las señales se cierren automáticamente prohibiendo de este modo la circulación de trenes por el aparato. Cualquier mal funcionamiento provocará una reacción en favor de la seguridad. Estos conceptos de control imperativo y permanente y de garantizar la seguridad se materializan y alcanzan su mejor dimensión en los denominados enclavamientos. Estos dispositivos que reciben el nombre genérico de Enclavamientos, constituyen una gran familia de instalaciones de seguridad y señalización que inicialmente fueron muy simples y de tipo preferentemente mecánicos para pasar a ser después de mayor complejidad, instalaciones eléctricas y electrónicas (hardware-software). Actualmente, por muy sofisticado que sea un enclavamiento electrónico, siempre tiene asociado subconjuntos de enclavamiento eléctrico (a relés) y de enclavamiento mecánico (aparatos de cambio y barreras de cruces a nivel). Los enclavamientos han permitido resolver funciones en número y complejidad constantemente creciente, que antes se confiaban a los reguladores o agentes de movilización. Los enclavamientos controlan las relaciones de compatibilidad o incompatibilidad entre los comandos y sus controles asociados que operan señales, aparatos de cambio (máquinas de cambio, cerraduras, desrieladores, detectores, etc.), rutas (itinerarios) y recepción de los circuitos de vía. Este control de relaciones compatibles e incompatibles impide las maniobras que impliquen un riesgo en la circulación de los trenes. 9.4.2

Funciones La relación de enclavamiento entre aparatos debe impedir que los agentes de maniobras puedan realizar: 1. Apertura de señales para autorizar la entrada o paso en una dirección determinada sin antes haber comprobado que todos los aparatos de vía situados en ese trayecto estén dispuestos adecuadamente y los circuitos de vía de tránsito y destino estén desocupados. 2. Apertura, a la vez, de otras señales que autoricen circulaciones incompatibles con la que autorizan las señales aludidas en punto 1º. 3. Accionamiento y cambio de posición de los aparatos de cambio involucrados en las rutas que autorizan las señales que han sido abiertas. 4. Poner dos o más aparatos en posiciones que no deban presentar simultáneamente, lo que obliga a maniobrarlas en un orden determinado.

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5. El accionamiento de un cambio, a menos que todas las señales que permiten acceder a ese cambio estén normales y el circuito de vía del cambio se encuentre desocupado. 6. En el caso de señalización diseñada bajo el concepto de rutas, el comando de una ruta mientras se encuentre comandada alguna ruta incompatible. 7. La normalización de una señal abierta cuando el tren se encuentra aún sobre los circuitos de vía de tránsito. En este caso, si el agente opera la palanca a normal, la señal adopta en terreno el aspecto rojo, sin embargo el concepto comando de la señal (relé comando excitado) permanece vigente durante un tiempo a definir (varios minutos) a fin de impedir en estas circunstancias la excitación de un relé de comando de una señal incompatible. Esta función se denomina enclavamiento de tránsito. 8. La normalización de una señal abierta cuando el tren ya ocupó el circuito de vía de aproximación a esa señal (el maquinista ya aceptó la condición de señal “a libre”), si el agente opera la palanca a normal, la señal adopta en terreno el aspecto rojo, sin embargo, el concepto comando de la señal queda enclavado por un tiempo de seguridad, similar a lo señalado en punto 7. Esta función se denomina enclavamiento de aproximación. 9.4.3

Terminología En cuanto a la terminología a emplear para definir las funciones del Enclavamiento, debe considerarse que en general los aparatos pueden ocupar sólo dos posiciones: 1. Señal Normal: Abierta:

cerrada, aspecto rojo en terreno, impide que sea franqueada. “a libre” aspectos verde o amarillo en terreno, permite ser franqueada

2. Cambio Normal: Reversa:

Comando y control a la recta Comando y control al desvío

3. Desrielador Normal: Reversa:

No desrielando Desrielando

4. Cerrojo: Normal: Sin Control:

Cerrojo introducido Cerrojo afuera

5. Ruta Comandada: Destruida

Relé basculador arriba Relé basculador abajo

Cuando no se cuenta con el control en una de las dos posiciones se dice que el aparato está sin control. En el caso de los aparatos de cambio, esta situación podría deberse a que las agujas estén en la etapa de operación (desplazándose).

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El enclavamiento también cuenta con enclavamientos de orden, pues cuando se comandan varias señales y cambios asociados a una misma ruta, debe comandarse primero los cambios más alejados y sus señales asociadas y finalmente la señal de origen que comanda la ruta. En caso contrario, si se procediera a comandar primero la señal de origen y después los cambios asociados, estos últimos no responderían, pues para poder operarse requieren que todas las señales que permiten el acceso hacia esos cambios estén normales. Siguiendo una cronología histórica, los enclavamientos se pueden clasificar en: • • • • • • 9.4.4

Mecánicos Electromecánicos Eléctricos (a todo relé) De comando por rutas De circuito geográfico Electrónicos

Tablas o Cuadros de Enclavamiento El proyecto de un enclavamiento requiere del establecimiento de las relaciones de compatibilidad e incompatibilidad entre las diferentes funciones de los equipos de señalización. Para el estudio se requiere de un croquis o plano esquemático en el que se representan las diversas vías y aparatos de la zona que comprenderá el enclavamiento. Especialistas en el área de transporte y en el área de señalización deben reunirse para analizar todas las maniobras que debe o puede permitir el sistema, ya sean simultáneas o no. Una vez definidas todas las rutas que se requieren, con sus compatibilidades e incompatibilidades y las frecuencias de las operaciones, se procede a definir lo siguiente: • • • • • • • • • • • • •

Vías que contarán con circuito de vía, indicando el tipo de circuito de vía que se empleará. Vías que no dispondrán de circuito de vía Aparatos de cambio operados por máquina de cambio Aparatos de cambio protegidos por cerradura eléctrica Aparatos de cambio sólo con controlador (detector de posición) Aparatos de cambio sin protección (operación manual) Señales de maniobra, señalando si alguna de ellas permitirá el ingreso a vía ocupada e indicando los aspectos de que dispondrá Señales principales, indicando los aspectos de que dispondrá Asociación de los aspectos de las señales con las condiciones de movilización En caso de comando por rutas, definir cuales serán de comandos repetitivos automáticos o cíclicos Señalización auxiliar Señalización de los blocks asociados Relación con otros enclavamientos aledaños

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Una vez definidos estos aspectos, se procederá a numerar o denominar los elementos, tales como los circuitos de vía, los aparatos de cambio y las señales. A continuación se procederá a confeccionar la tabla de enclavamiento, en la cual se indicará todas las incompatibilidades imperantes entre las distintas funciones. A modo de ejemplo, en la figura siguiente se indican algunas de las condiciones de enclavamiento del esquema ahí presentado.

FIGURA 9-3

TABLA 9-1 Condiciones de Enclavamiento Nº

SEÑALES ASPECTO

1S

3S

1N

10SB

SEÑALES 3S, 9SA, 12S VERDE VERDE 1N, 4NA, 10N, 13N NORMAL 3S NORMAL VERDE o AMARILLO AMARILLO (3N y 4N) NORMAL 1N NORMAL 9SA VERDE o AMARILLO VERDE (3N y 4N) NORMAL 9SA NORMAL 10 N NORMAL si: AMARILLO (F y E) NORMAL (3N y 4N) NORMAL VERDE

1S NORMAL

13S NORMAL (10SA y 9SA) NORMAL AMARILLO 9SB NORMAL si: E REVERSO (10N y 13N) NORMAL

CONDICIONES DE ENCLAVAMIENTO CAMBIOS VIAS LIBRE V1, V2, V3, V4, V5, V9, V10, V11, A, B, E y F NORMAL V12 y BS

CONTROL BLOCK CONTROL BLOCK SUR

-

V1, V2, V3 y V4

-

(A y B) NORMAL

V3, V4 y V5

-

(A y B) NORMAL

V3, V4 y V5 V9 si EN V10 si (F y E) N

-

-

V1 y BN

CONTROL BLOCK NORTE

(D y F) REVERSO

V10, V11 y V12

V9 si ER

-

CONDICIONES DE ENCLAVAMIENTO CAMBIOS SEÑALES VIAS LIBRES (3S, 3N y 4N) A V3 y V4 NORMALES

E

(9S y 9N) NORMALES; 10N NORMAL si F NORMAL

V9; V10 si F NORMAL

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9.4.5

Puesta en Servicio Una vez diseñado funcionalmente el enclavamiento, y haya sido proyectado, construido e instalado, debe procederse a efectuar las pruebas previas a la puesta en servicio. En el caso de los enclavamientos a “todo relé”, se verifica el correcto alambrado, hilo a hilo, de toda la instalación, tanto externa en terreno como de interior en el caso del enclavamiento propiamente tal. Se procede a levantar un acta en que se anota paso a paso las pruebas efectuadas que permiten confirmar que el sistema permite realizar todas las maniobras posibles que no tienen razón de incompatibilidad. Asimismo, por otra parte, se procederá de igual forma, para confirmar que el sistema no permite realizar simultáneamente maniobras posibles que son incompatibles. La seguridad proporcionada por los enclavamientos es tal que, aún en el caso de que cualquier inexperto (incluso un niño de corta edad) manipulase a conciencia todos los mandos del puesto, tal vez lograría paralizar la movilización de los trenes en la zona operada por el enclavamiento, pero jamás existirán riesgos, de ningún tipo, en materia de seguridad. Esto se debe a que los enclavamientos están concebidos, diseñados y fabricados bajo los criterios de seguridad intrínseca (fail-safe).

9.5

Equipos al Costado de la Vía

9.5.1

Aparatos de Cambio

9.5.1.1 General Para el control, cierre y comando de los aparatos de cambio se emplean diversos métodos y equipamientos. La complejidad de estos dispositivos aumenta según la importancia que tenga el aparato de cambio en la operación del ferrocarril y las características de la movilización, tales como: • • • • •

Ubicación en vías principales o secundarias. Involucra transporte de pasajeros o de carga. En la operación normal el aparato se aborda siempre de punta o siempre de talón. Velocidad autorizada en la explotación. Frecuencia de las movilizaciones.

Las funciones de control de los aparatos de cambio son básicamente tres:

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Control: Cierre:

Comando:

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Indicación, detección o comprobación de la posición de las agujas. Enclavamiento mecánico que implica de que además de tener detección de la posición de las agujas, se tiene detección de que un cerrojo mecánico las trabó en esa posición y por lo tanto garantiza su inamovilidad, ya sea que se intente alterar su posición por acción humana, vibraciones u otras. Acción de operar el aparato de cambio y por consiguiente las agujas, ya sea a posición normal o a posición reverso mediante accionamiento manual sobre una paleta, palanca, perilla, botón, tablero, mouse o telecomando desde un puesto de comando centralizado.

9.5.1.2 Detector El detector es un dispositivo que mediante la disposición de contactos eléctricos permite conocer la posición de las agujas. Cuando el cambio se usa sólo eventualmente a reverso, se emplea un detector que sólo detecta la posición normal. En cambio si el aparato se usa con la misma frecuencia a posición normal o a reverso, se emplea un detector de dos posiciones que detecta tanto la posición normal como la posición reversa. El detector normalmente se asocia a un farol de indicación de posición de cambio. El detector garantiza que la aguja está dentro de los márgenes de distancia especificados respecto del riel. La máxima distancia de separación entre la aguja y el riel correspondiente para que aún se produzca la detección es de 1/8”. El ajuste se efectúa acoplando un calibre (placa) de 1/8” en la aguja y comprobando que no se produce detección. Se define como detector sencillo al que es accionado por una sola aguja y detector doble al que es accionado por ambas agujas. FIGURA 9-4

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El conjunto de la caja del detector con su tapa, normalmente de fundición, debe ser lo suficientemente robusta para poder soportar las condiciones de servicio a que estará sometida el detector. Normalmente, la fijación del detector al durmiente se realiza en tres puntos de anclaje. Es recomendable que el detector sea montado sobre el durmiente correspondiente a la punta de aguja, evitándose así que se produzcan movimientos relativos entre el detector y la vía. Los contactos eléctricos del detector deben permitir el paso de una corriente permanente de 10 A, como mínimo sin sufrir deterioro alguno. La presión de contacto debe realizarse con una fuerza del orden de 200 g. Normalmente, los elementos de contacto son de plata remachados sobre lámina de bronce fosforoso. El movimiento efectuado por las agujas es transmitido mediante tirantes de comprobación a las bielas del detector, éstas a su vez accionan un eje de levas que actúa sobre el accionamiento de los contactos, comprobando éstos la correcta posición de las agujas. La mínima distancia entre la aguja desacoplada y el riel correspondiente debe ser de 5 7/8”. 9.5.1.3 Cerrojo El cerrojo es un dispositivo que impide alterar la posición de las agujas. El cerrojo mecánico consiste en una chapa adosada a la paleta de operación de las agujas que requiere el concurso de una llave para permitir la operación. Normalmente la llave deber ser retirada previamente desde otra chapa en donde la acción de retirarla enclava otros equipos, señales por ejemplo. El cerrojo eléctrico es un dispositivo ubicado al pie del cambio que impide alterar la posición de las agujas.

FIGURA 9-5

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Este dispositivo mantiene acerrojado el cambio a la posición normal a menos que le llegue energía eléctrica proveniente del enclavamiento principal de la zona de maniobras. Esto permite energizar una bobina en el cerrojo eléctrico, lo que libera las agujas para que puedan ser desplazadas a la otra posición. 9.5.1.4 Máquina de Cambio (a) General La máquina de cambio permite comandar a distancia la operación de las agujas. El movimiento de las agujas es generado por dispositivos electromecánicos, electrohidráulicos o electroneumáticos. La máquina de cambio se instala sobre una placa de trocha, dispositivo éste cuya función es mantener invariable la trocha de la vía en la zona de la punta de las agujas. Desde la máquina de cambio, mediante un tirante de mando se gobierna el movimiento de las agujas. El cierre y la detección, en los modelos más simples van incluidos en la misma máquina de cambio. Sin embargo, en aparatos de cambio en trazados de relativa importancia se requiere que el cierre y la detección de la posición de las agujas se compruebe en la aguja misma. Para este efecto se dota a las agujas con extensiones de agujas que van asociadas a tirantes especializados a cada función: detección aguja izquierda, detección aguja derecha y cerrojo. Normalmente se emplea un sólo cerrojo para ambas agujas, pero en aparatos de cambio que son abordados normalmente de punta a velocidades importantes se requiere de un cerrojo especializado para cada aguja. Todos los tirantes, de mando, cierre y detección, deberán disponer de aislaciones para permitir el adecuado funcionamiento del circuito de vía. Lo mismo para el caso de la placa de trocha. La detección de la posición de las agujas o control de cambio deberá ser muy sensible, pues bastará que las agujas estén separadas 1/8” del riel correspondiente para que se interrumpa la función control del cambio, ya sea a normal o a reverso. La máquina de cambio es operada desde el puesto de maniobras local o desde el puesto de comando centralizado. En ferrocarriles de tráfico intenso, en particular en las estaciones terminales, para evitar que el cambio quede inoperable a causa de falla de un circuito de vía o de la llegada de comando correspondiente, se cuenta con mando local compuesto por un caja accesible frontalmente en cuyo interior se aloja un panel que contiene un visor comprobador de autorización de mando local y dos pulsadores para que al actuar uno de ellos, la aguja se mueva a la posición normal o reverso, dependiendo del que se haya actuado. En el caso de talonamiento, falta de tensión local y también para ajustes en las fases de montaje y puesta en servicio, el accionamiento de las agujas puede ser actuado por medio de una manivela o una palanca, para lo cual el accionamiento dispone de un conjunto desconector que automáticamente al activar la manivela o palanca interrumpe el paso de la corriente eléctrica evitando así el funcionamiento eléctrico del motor. Para el caso de que se introduzca balasto entre las agujas y el riel impidiendo que éstas finalicen su carrera, la máquina de cambio deberá contar MIDEPLAN - SECTRA

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con embrague para su protección mecánica. Además la alimentación del motor contará con contacto de sobrecarga para su protección, o bien con un relé de comando activado por un condensador a fin de limitar el tiempo durante el cual se mantiene energizado el motor. (b) Máquina de Cambio Eléctrica

FIGURA 9-6 La máquina de cambio está constituida por una carcasa de hierro fundido con su correspondiente tapa del mismo material. Es aceptable que la tapa sea de plancha de acero, siempre que su espesor sea del orden de los 3mm. En ambos casos, la máquina de cambio dispondrá de elementos de cierre para la fijación de la tapa, presentando un alto grado de estanqueidad contra penetración de agua y polvo. Un motor eléctrico opera mediante un piñón un tren de engranajes que permite desmultiplicar las r.p.m. del motor para poder entregar muy pocas r.p.m. al eje de salida que acciona la biela y el tirante de mando. Simultáneamente, permite multiplicar el par (kg-m) del motor en el eje de la biela. Existen otros mecanismos de desmultiplicación que emplean ejes con tornillos sin fin asociados a engranajes. Normalmente la alimentación del motor de la máquina de cambio se define, según los requisitos del proyecto en 220 VCA, 110 VCA o 110 VCC. En otros países, se utilizan voltajes diferentes, pero éstos no tienen aplicación practica en los sistemas chilenos. Las características de la máquina de cambio a definir tienen relación con el largo y por ende con el peso de las agujas que debe gobernar. Las características de la placa de trocha están asociadas a la trocha, perfil del riel, tangente del cambio y a la dirección del cambio (izquierdo o derecho). En general, los parámetros del motor son del siguiente orden:

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Potencia: 1 KW Revoluciones: 2.500 r.p.m. Tiempo de funcionamiento: 5 s Giro del motor: en ambos sentidos. Dependiendo de cada fabricante, en alguna parte del tren de engranajes va instalado un embrague de fricción regulable. La función de este embrague es que cuando el par resistente (kg-m) del eje de salida del motor y su biela llegue a un cierto valor, el embrague actúe, protegiendo así el motor eléctrico. La fuerza de retención del embrague debe ser bastante superior a la fuerza máxima de maniobra. El eje de mando a la salida del motor, mediante la biela, opera el tirante de mando de las agujas. Los tirantes de control están conectados a las agujas por un lado y por el otro con dispositivos con contactos eléctricos que verifican la posición de las agujas. Los tirantes del cerrojo (uno para cada aguja o uno para ambas agujas), en el interior de la máquina de cambio disponen de calados que son penetrados por un sable que inmoviliza las agujas. El sistema de detección activado implica la comprobación de la posición adecuada de las agujas y además la comprobación de que el sable se introdujo en el calado del tirante del cerrojo. (c) Máquina de cambio electrohidráulica Existen diversos tipos de máquinas de cambio electrohidráulicas, sin embargo en este texto se describe en forma simplificada el principio de funcionamiento de una en particular, para luego generalizarlo a otros casos.

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FIGURA 9-7

En esta figura se muestra un circuito hidráulico cerrado que frente a un sistema abierto presenta, entre otros aspectos, la ventaja de realizar la inversión del sentido de marcha sin necesidad de válvulas electrohidráulicas de paso. El cambio de movimiento, a reverso o a normal, se realiza directamente por el cambio de sentido de giro del motor eléctrico que gobierna la bomba hidráulica también reversible. Mediante un acoplamiento tipo cardán el motor acciona la bomba hidráulica reversible. El aceite a presión así desplazado es suministrado simultáneamente a las cámaras (a), situada arriba y (b) situada abajo. El aceite expulsado de las cámaras (c), abajo y (d), arriba, vuelve a la bomba formando así el circuito hidráulico cerrado. Es así que los émbolos de ambos cilindros se desplazan a contrafase entre sí, ejerciendo sobre la palanca común un momento de giro que finalmente actuará sobre el tirante de mando de las agujas. Si a este movimiento se le opone una resistencia, como un trozo de balasto entre la aguja y el riel, para evitar cualquier posible daño, se abre la válvula de sobrepresión asignada al sentido del movimiento afectada. El motor sigue accionando a la bomba, la que ahora a través de la válvula de sobrepresión abierta y ajustada a la presión máxima autorizada, desplaza el aceite al depósito. Dado que a partir de los cilindros no se produce ningún otro movimiento y que, en consecuencia, desde sus lados sin presión tampoco se envía aceite hacia el lado de aspiración de la bomba, se produce en dicho punto una baja presión. Esta baja presión hace que se abra la válvula de retención del lado de aspiración y en consecuencia la bomba pueda aspirar el aceite que requiere desde el depósito, MIDEPLAN - SECTRA

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hasta que un temporizador ubicado en el automáticamente el suministro eléctrico al motor.

enclavamiento

desconecte

Para el caso de máquinas con motor eléctrico con un sólo sentido de giro se requiere de válvulas electrohidráulicas para direccionar el flujo hidráulico hacia una u otra cara del embolo ubicado dentro del cilindro. Las máquinas electrohidráulicas cuentan con: • • • • • •

Comando de las agujas Acerrojamiento del tirante de mando Control de posición de agujas (en algunos tipos) Talonamiento (en algunos tipos) Comando desde puesto de maniobra local o comando centralizado Comando manual (mediante manivela)

En cuanto a su configuración, disponen de: o o o o

o o o

Carcasa con su correspondiente cubierta provista de cierre y llave. Grupo de impulsión compuesto por un motor eléctrico (monofásico o trifásico) de potencia del orden de 700 W y velocidad angular del orden de 1.000 r.p.m. Un extremo del eje del motor esta conectado a la bomba hidráulica. El otro extremo de eje está conectado a un volante cuya función consiste en descargar la energía hidráulica de compresión en las posiciones finales. En el bloque hidráulico el aceite impulsado por la bomba, según el tipo de máquina, es desplazado de acuerdo con su función de trabajo especificada a los elementos que lo utilizan a través de un sistema de tuberías, válvulas, compuestas u otros. Debe contar con un microfiltro con malla de paso no mayor de 1 micrón. El depósito de aceite con capacidad de orden de 1 litro debe contar con tapón con varilla indicadora de nivel, ventilación e imán atrapador de partículas. Las tuberías y mangueras deben caracterizarse por una elevada resistencia, insensibilidad a las vibraciones y por su estanqueidad. El fluido de presión debe ser resistente al envejecimiento y debe impedir la acumulación prematura de residuos y lodos. Durante la etapa de recepción y puesta en servicio de la máquina es recomendable operar el accionamiento con las agujas inmovilizadas (obstáculo entre aguja y riel) en ambas posiciones. Con esto se incrementa la carga sobre el sistema hidráulico hasta alcanzar la presión máxima lo que permite detectar los eventuales puntos de fuga, pues las pérdidas son proporcionales a la presión ejercida.

Los accionamientos hidráulicos en general son robustos, generan el movimiento de mando a través de un sistema electro hidráulico sin embrague de fricción y sin acoplamiento mecánico de fuerza de mando; implicando todo esto pocas piezas móviles. Este tipo de accionamiento requiere de poco mantenimiento correctivo, a condición de que se efectúe un buen mantenimiento preventivo consistente en engrase, MIDEPLAN - SECTRA

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lubricación y comprobación del estado y el nivel de fluido hidráulico. La corrección de fugas incipientes en el sistema de fluido a presión como empaquetaduras retenes o empalmes implica poco costo en repuestos. Este mantenimiento preventivo rutinario evita el ingreso de agua de condensación al circuito hidráulico y la posterior acumulación de oxidación que acorta la vida de estos equipos, particularmente durante el invierno (d) Máquina de cambio electroneumática • Las máquinas electroneumáticas son comandadas eléctricamente, sin embargo la energía que impulsa todos los mecanismos de operación y acerrojamiento de las agujas proviene de un pistón operado con aire comprimido. Las zonas de maniobras que disponen de máquinas de cambio electroneumáticas requieren disponer de una fuente de aire comprimido, para lo cual se usa dos disposiciones diferentes: • •

Una unidad de compresión y reserva de aire comprimido situada próxima a cada máquina de cambio. Un recinto de compresión y reserva de aire comprimido asociado a toda la zona de maniobras o varios recintos asociados cada uno a grupos de máquinas de cambio, para lo cual se requiere de extensas redes de tuberías de distribución.

Para el caso de los recintos, es preciso dotarlos de al menos dos compresores, para precaver la salida de servicio de alguno de éstos por fallas o por razones de mantenimiento preventivo. El estanque de reserva de aire comprimido debe disponer de una reserva de al menos 24 horas, previendo fallas en el suministro eléctrico al recinto. Dependiendo del fabricante, se puede distinguir dos criterios distintos de operación de la máquina de cambio. o o

Presión permanente sobre una cara del pistón mientras las agujas se encuentran en alguna de sus dos posiciones (normal o reverso) Presión ocasional sobre una cara del pistón, sólo mientras se produce la operación del cambio.

La primera alternativa presenta la desventaja de que al haber permanentemente presión sobre una cara del pistón, se producen fugas de aire, lo que se acrecienta con el tiempo si el mantenimiento preventivo no es riguroso. Para dirigir el flujo de aire comprimido hacia alguna de las caras del pistón se emplea válvulas electroneumáticas que operan electromagnetos que a su vez abren válvulas de aire. Para el caso del sistema que presiona permanentemente sobre alguna de las caras del pistón, se usan dos válvulas (comando a normal y comando a reverso) Para el caso del sistema que presiona ocasionalmente sobre alguna de las caras del pistón, se usa tres válvulas (comando a normal, comando a derecha y cerrojo)

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La válvula cerrojo cerrada impide que el aire comprimido ingrese a las cámaras donde se encuentran las otras dos válvulas. Para la operación de las agujas, se dispone del pistón que se aloja en un cilindro de diámetro del orden de 5” a 7” y efectúa una carrera del orden de 12”. La presión de operación es del orden de 50 libras. Estas máquinas de cambio también disponen de las funciones cerrojamiento y control (detección) de las agujas. El pistón del cilindro opera una barra de acero que está asociada a un cigüeña, la que sólo transmite el movimiento de la barra al tirante de mando de las agujas en parte del recorrido de la barra. La otra parte del recorrido se emplea en desacerrojar y acerrojar el cambio. En la Figura 9-8 siguiente se muestra el método de operación de esta máquina:

FIGURA 9-8

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

La máquina se encuentra en posición normal y se requiere comandarla a reverso. Ingresa aire comprimido por el orificio “a” y el pistón produce el desplazamiento hacia la derecha de la barra “b”. Adosada a la barra se encuentra la rodela “c” Mientras la rodela se desplaza desde la posición 1 a la posición 2, la barra procede a desacerrojar de la posición “normal” al tirante de cerrojo asociado a las agujas del cambio. Cuando la rodela se desplaza desde la posición 2 a la posición 3, acciona la cigüeña “d” que transmite su movimiento al tirante de mando que opera las agujas del cambio a la posición reversa.

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ƒ

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Mientras la rodela se desplaza desde la posición 3 a la posición 4, la barra procede a acerrojar en posición “reversa” al tirante de cerrojo asociado a las agujas del cambio.

De esta manera, mediante un solo movimiento de la barra, se efectúan 3 procesos: desacerrojar el cambio, accionar las agujas y acerrojar el cambio en la nueva posición. Las máquinas electroneumáticas disponen de una palanca para la operación manual en caso de falta de presión de aire comprimido. El mecanismo debe ser diseñado de tal forma que no pueda conectarse la palanca manual sin antes haber cerrado el paso del aire. Para el control de la posición de agujas, según el fabricante y el modelo, se puede recurrir a un solo tirante o también a tirantes independientes para cada aguja. La máquina de cambio propiamente tal, compuesta por el cilindro de aire y su pistón, la barra de comando asociada a la cigüeña y el cerrojo, y el detector de posición de agujas van montados paralelos a la vía sobre las extensiones de la o las placas de trocha. En cambio el equipo de comando eléctrico de las válvulas electroneumáticas y las válvulas mismas van normalmente montadas sobre una base de hormigón, muy próximas al cilindro. Entre las válvulas y el cilindro se instala una cañería de caucho blindada para el aire comprimido. Entre el equipo de comando eléctrico y el detector se instala un flexible metálico que contiene los cables eléctricos 9.5.1.5 Desrielador Un detector, cerrojo o máquina de cambio puede estar asociado también a un desrielador. El desrielador es un dispositivo que se instala en líneas secundarias, próximo a un cambio que permite el acceso a una vía principal. Sí en las vías principales se cuenta con sistemas ATP o ATO o detención automática frente a señales en aspecto restrictivo, no se debe permitir que por sobrepasar una señal roja en un patio un tren ingrese a las vías principales. En estas circunstancias, mientras la señal esté en aspecto restrictivo el dispositivo simplemente hará que el tren se desriele impidiendo su ingreso a las vías principales. Si la señal presenta el aspecto “a libre”, el desrielador queda inoperante. 9.5.1.6 Enlaces Los dos aparatos de cambio que conforman un enlace operan al unísono, es decir los dos cambios se comandan simultáneamente o a la recta o al desvío. Se comandan en paralelo. El control o detección de posición de las agujas y de los cerrojos se comprueba en serie, es decir debe contarse con la indicación de todas las agujas y todos los cerrojos en la posición adecuada. 9.5.1.7 Enclavamiento de la Zona de Maniobras El enclavamiento de la zona de maniobras en cuanto a los cambios enclavados se refiere, sólo permite el accionamiento de los aparatos de cambio cuando todas las

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señales que permiten acceder al cambio están normales (rojas) y el o los circuitos de vía que contienen el cambio o enlace están desocupados. 9.5.2

Circuitos de Vía

9.5.2.1 Circuitos de Vía de Corriente Alterna La presente norma tiene por objeto resaltar las condiciones de seguridad de este circuito de vía e indicar las magnitudes eléctricas que intervienen en su regulación y sus intervalos de variación. Se trata de un sistema eléctrico de seguridad, mediante el cual se detecta la presencia o ausencia de trenes en un tramo acotado de la vía (cantón). Esta información es básica para la seguridad en los restantes equipamientos de enclavamiento y señalización.

TABLA 9-2 Cuadro Básico de Seguridad de Circuito de Vía Estado del Cantón Libre Ocupado Libre Ocupado

Estado del Relé excitado caído caído excitado

Funcionamiento correcto correcto avería en seguridad condición insegura (1)

(1) El circuito de vía está diseñado para que esta situación jamás ocurra.

Basándose en que los rieles, ruedas y ejes son conductores de la electricidad, se hace circular una corriente eléctrica monofásica a través de los rieles, desde una fuente de alimentación situada en un extremo, hasta un relé de vía que se ubica en el otro extremo. Si a este relé de vía le llega corriente, se mantiene excitado (indicación de vía libre). Si un tren circula por el cantón, sus ruedas y ejes cortocircuitan los rieles y en consecuencia el relé cae. Si por cualquier otro motivo como rotura del riel, falta de tensión, corte de un cable, no le llegará corriente a la bobina del relé y éste caerá. (a) Alimentación El transformador de alimentación recibe energía en su primario en 220 V ó 110 V, según se especifíque, de la fuente de suministro que disponga el sistema de señalización. Su secundario es variable con configuración de bornes que permiten variar la tensión de salida (“1” en figura siguiente). La resistencia limitadora de corriente “2” se requiere para limitar el consumo del circuito de alimentación cuando un tren está estacionado próximo a la zona de alimentación. Su valor máximo es del orden de 5 ohm. Normalmente se deja entre 1,3 y 2,75 ohm.

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FIGURA 9-9

El fusible es el encargado de proteger el circuito de alimentación, es de 10A y evita que por una mala regulación de la resistencia limitadora pueda llegar a quemarse el transformador de alimentación. Los descargadores “3” evitan que, bien la corriente de tracción o bien descargas atmosféricas, puedan dañar los componentes del circuito. Desvían las sobretensiones a tierra, por lo que su efectividad viene condicionada al bajo valor de resistencia de la toma a tierra del armario. Desde el armario, mediante puentes de conexión “4”, salen dos cables de un único conductor AWG #8 que acometen la vía. Esta acometida puede ser directa a la vía o indirecta a la conexión inductiva o impedancia “12”. (b) Vía Las eclisas aisladas “5” son las encargadas de separar y delimitar eléctricamente, los circuitos de vía o cantones. Debido a que la eclisa aislada impide el paso de la corriente de tracción de un cantón al contiguo, cuando el ferrocarril está electrificado se hace necesario la instalación de impedancias. La característica eléctrica principal de la impedancia es que permite el paso de la corriente continua (corriente de tracción) de un cantón al otro, impidiendo el paso de la corriente alterna (corriente usada por los circuitos de vía). Además la impedancia equilibra la corriente de tracción que pasa por cada riel.

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La conexión de las impedancias a cada riel se efectúa con cables de cobre o aluminio aislados. Los rieles transportan la energía que suministra el circuito de alimentación hasta el de recepción, en función de la ausencia o presencia de tren. Para que pueda circular la corriente de alimentación hacia la recepción del circuito de vía, es necesario, que todos los cupones unitarios de rieles estén unidos eléctricamente. Mediante esta característica, el circuito de vía detecta posibles roturas de rieles o malas conexiones que atentaría a la seguridad de las movilizaciones. En su función de conductor, el riel debe estar bien aislado del otro riel paralelo, de otros circuitos de vía y de tierra. Si no fuera así, la corriente de alimentación del circuito de vía se perdería por el balasto y por otras conexiones, no llegando energía suficiente al circuito de recepción. Para conseguir una buena aislación de los rieles es importante comprobar el buen estado de las aislaciones y conexiones de los cables, controlar el estado de las conexiones de equilibrio de la corriente de retorno de tracción, vigilar el estado de las eclisas aisladas y la aislación de placas de trocha y tirafondos en las zonas de cambio. Se suelen ocasionar pérdidas de aislamiento con los circuitos de vía contiguos por daños en las eclisas aisladas o por acumulación de limaduras de hierro por atracción magnética. Las pérdidas por el balasto se producen en forma permanente, en consecuencia cuanto más largo sea el circuito de vía, mayores serán estas pérdidas. La resistencia de balasto debe ser superior a 2 ohm por km. (c) Recepción El circuito eléctrico de recepción es el que se encarga de determinar en función de la corriente que le llegue a través de la vía, si hay o no algún tren ocupando la vía. Consta, al igual que en el caso de la alimentación, de la acometida a la vía, puentes de conexión “6”, descargadores “7” y del transformador elevador “8”. Además cuenta con un conjunto de transformador variable “9” y condensador “10” denominado “puente desfasador” y del relé de vía “11”. El transformador elevador tiene una relación de transformación fija 2V/8V. En su primario se conectan los cables que vienen de los rieles. El circuito desfasador tiene por objeto, añadiendo o disminuyendo capacidad, modificar el ángulo de fase de la tensión proveniente de los rieles. Está compuesto por un transformador de tomas variables tanto en el primario como en el secundario y por un condensador. Este circuito desfasador es equivalente eléctricamente a un condensador de tomas variables conectado en serie. El relé de vía es un relé electromecánico con dos bobinas, una local que se alimenta de la red local (220 V ó 110 V) y otra de control que recibe energía de los rieles. MIDEPLAN - SECTRA

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Estas bobinas inducen dos campos electromagnéticos en un disco giratorio. Si las corrientes que circulan por las bobinas están desfasadas eléctricamente en un ángulo próximo a 90 grados, el disco girará arrastrando consigo al conjunto de contactos, cerrando los contactos de trabajo ”t” y abriendo los de reposo “r”. En estas condiciones se dice que el relé está excitado o arriba. Con el uso de este relé de corriente alterna desfasada se evita que otras corrientes parásitas ajenas puedan llegar a excitarlo. La corriente que alimenta la bobina local debe ser de la misma fuente que la que suministra energía al transformador de alimentación. (d) Tipos de circuitos de vía de corriente alterna En función de la disposición y características de la vía se distingue tres tipos de circuitos de vía: • Circuito de vía simple riel Es aquel circuito de vía en que sólo se aisla un solo riel, utilizando el otro de forma común a todos los circuitos de vía. Por su simplicidad y economía se utiliza en redes no electrificadas. En este tipo de circuito de vía no se requiere de impedancias cuando se usa en vías electrificadas, sin embargo se hace necesario intercalar en serie con el primario de transformador elevador, una resistencia variable y un fusible para proteger el circuito de recepción de la corrientes de retorno de tracción. El principal problema de este circuito de vía es que no detecta riel quebrado en la enrieladura común. • Circuito de vía de cambios En los circuitos de vía de cambios no hay otra solución que utilizar circuitos de vía simple riel, aunque la red esté electrificada. En este caso el riel común es el retorno de tracción. Los circuitos de vía de cambios deben llevar seriado el riel señalizado para garantizar la detección en toda la longitud del circuito de vía. • Circuito de vía doble riel Es aquel circuito de vía que tiene los dos rieles aislados con eclisas aislados de los circuitos contiguos. Si la red está electrificada se requiere de impedancias. Si una de las eclisas aisladas pierde su aislación o se quiebra uno de los rieles, el relé de vía se desexcita dando la indicación de vía ocupada, motivo por el cual éste es el tipo de circuito de vía más seguro. (e)

Magnitudes eléctricas características

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•

Tensión local, tanto para el transformador de alimentación como para la bobina local de relé de vía. Máximo Normal Mínimo

•

Fuente 220 V 230 V 220 V 200 V

Fuente 110 V 115 V 110 V 110 V

Tensión de alimentación, en el secundario del transformador Máximo Normal Mínimo

•

12 V 6V 4V

Resistencia Limitadora OHM 2,75 2 1,3 5 0,7

Valor máximo Valor normal Valor mínimo Valor máximo excepcional Valor mínimo excepcional • • •

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% 100 % 75 % 50 % 182% 50% + 50%

Corriente a la salida del transformador de alimentación: 1,5A Corriente a la llegada del transformador elevador: 0,5A La resistencia de aislación de la vía se mide determinando el valor de la resistencia del balasto: Rb Va Vr Vm A1 A2 A L

= Tensión entre rieles en la alimentación = Tensión entre rieles en la recepción = Tensión media= (Va+Vr)/2 = Corriente de alimentación a los rieles = Corriente de recepción en los rieles = Diferencia de corrientes = (A1-A2) = Longitud del circuito de vía Rb = (Vm/A) x L

Valor nominal de Rb = 2 ohm por km. •

La tensión de control o voltaje, medido en los bornes del relé de vía tiene un valor nominal de 4,5 V., aunque para un correcto funcionamiento del circuito que depende del ángulo de fase el valor normal es de 5V Máximo Normal Mínimo

8V 5V 4V

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•

El ángulo de desfase entre la tensión de la bobina local y la tensión de la bobina de control del circuito de vía debe oscilar entre: Valor máximo Valor normal Valor mínimo

•

110º 80º 60º

La resistencia de “shunt” límite se define como aquel valor máximo de la resistencia que intercalada entre los rieles del lado de alimentación hace despegar todos los contacto de trabajo del relé de vía. Debe intentarse regular el circuito de vía sobre los valores límites de 0,5, 0,45 ó 0,4 ohm. De no conseguir estos valores es recomendable moverse entorno a éstos, pero siempre por encima de 0,25 ohm.

•

Para el caso de los circuitos de vía contiguos o adyacentes, si el ángulo de desfase es próximo a 180º se dice que los circuitos de vía están en “oposición de fase”. Si por el contrario, el ángulo es próximo a 0º o a 360º se dice que “no hay oposición de fase”. Todos los circuitos de vía adyacentes deben estar en oposición de fase, esto es una condición de seguridad. El intervalo admisible de variación del desfase con “oposición de fase” es: Circuitos de vía contiguos Doble riel con doble riel Simple riel con simple riel Doble riel con simple riel

Mínima 140º 140º 110º

Normal 180º 180º 140º

Máximo 220º 220º 250º

9.5.2.2 Circuito de Vía de Impulsos de Tensión Elevada (a) General Cualquiera que sea el circuito de vía, la seguridad en la explotación de un ferrocarril es consecuencia directa del “shuntaje” efectivo de los dos rieles por los diversos tipos de material rodante susceptibles de recorrerlos. Tradicionalmente esta seguridad de la explotación era apreciada por medio de la sensibilidad del circuito de vía a un “shunt” resistivo, llamado “shunt” límite. Sin embargo, el aumento de movilizaciones de vehículos ligeros y la extensión de instalaciones a zonas poco transitadas aumentan de manera alarmante las fallas de “shuntaje”. Los estudios pusieron en evidencia el papel preponderante de las imperfecciones del contacto riel-rueda en el correcto funcionamiento del circuito de vía y la inestabilidad del valor de esta resistencia por la serie de modificaciones físicas y químicas de las superficies de contacto.

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Estos contactos imperfectos con carácter semidisruptivo (arena, grasa y manchas diversas) o semiconductor (oxidaciones) deber ser recorridos por una corriente bastante elevada para reducir su resistencia aparente a un valor que asegure un “shuntaje” efectivo en todas las circunstancias. Se constató que era necesario aplicar una tensión que alcanzase valores de hasta 100 V, valores que evidentemente hace impensable un circuito de vía de corriente continúa o corriente alterna por la seguridad del personal de mantenimiento y por el consumo de energía. En cambio, impulsos de corta duración separados entre sí por tiempos relativamente largos, permiten obtener una gran potencia instantánea con una energía media reducida. (b) Impulsos Se emiten 3 impulsos por segundo, la parte positiva del impulso tiene una duración de 3 milisegundos y la parte negativa de 7 milisegundos. La tensión emitida a la vía por el impulso positivo es de 100 V. La longitud del impulso es suficiente para obtener, en circuitos de gran longitud, tensiones de cresta en recepción, de valores suficientes. La corriente de cortocircuito es mayor de 100A en zonas cortas y del orden de 20A en zonas largas.

(c) Características del equipamiento •

Morfología o o o

Tipo modular, enchufable. Con emisores, receptores y relés para instalación sobre estanterías con conexión por el frente delantero. Con emisores, receptores y relés montados sobre bastidores precableados de 19”.

•

Alimentación en la emisión:

•

Alimentación de la recepción: No requiere, el receptor es un elemento pasivo alimentado únicamente en la energía que recibe de la vía procedente del emisor.

•

Consumo:

45 VA alimentado en alterna 50W alimentado en continua 24V 60W alimentado en continua 8V

•

Límites de temperatura:

-30º C a +70º C

•

Utilización:

Simple vía, doble vía, zonas de estación, ramales, montaje simple riel, montaje doble riel,

Alterna: 110V y 220V, 50Hz y 60Hz Continua: 24V y 8V

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durmientes hormigón.

de

madera

y

durmientes

de

•

Tipos de tracción:

Vapor, diesel, eléctrica en continua, eléctrica en alterna y locomotoras a tiristores.

•

Aislamiento del balasto:

2 ohm por km, pero se puede disminuir en ciertos casos y para ciertas longitudes de circuitos de vía hasta 0,6 ohm por km.

•

Longitudes posibles del circuito de vía: Simple riel no electrificado Doble riel no electrificado Simple riel corriente continua Doble riel corriente continua Simple riel corriente alterna Doble riel corriente alterna

1.000 m. 5.000 m. 900 m. 2.000 m. 400 m. 2.400 m.

•

“Shunt” límite:

•

Sensibilidad a corrientes parásitas: Protegido contra todas las posibles corrientes parásitas, incluida la corriente alterna industrial y las armónicas de la corriente de tracción.

0,25 ohm.

(d) Composición del equipamiento

FIGURA 9-10

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El equipamiento está compuesto por: •

Alimentación regulada Esta unidad es la encargada de proporcionar al generador de impulsos (emisor) las tensiones necesarias para su correcto funcionamiento.

•

Emisor de impulsos Este emisor de impulsos está compuesto de dos subsistemas. El primero es la “base de tiempos” encargada de comandar un tiristor que permite gobernar al emisor. El segundo es el emisor propiamente tal, que al ser activado el tiristor permite que un condensador se descargue sobre el primario de un transformador cuyo secundario envía los impulsos de tensión elevada a la vía. La salida del emisor de impulsos es conectada a un transformador de adaptación a la vía o la impedancia de vía (caso de vías electrificadas).

•

Receptor de impulsos El receptor de impulsos recibe los impulsos de la vía a través del correspondiente transformador de adaptación a la vía o de la impedancia de vía (caso de vías electrificadas). Sin necesidad de ningún tipo de alimentación local externa suministra, después de una adaptación y posterior rectificación de los impulsos, dos tensiones continuas que permiten la excitación del relé de vía.

•

Relé de Vía El relé de vía de dos elementos (alimentación) consta de 3 bobinas, 2 de éstas conectadas en forma diferencial lo que garantiza su inmunidad a corrientes parásitas. Si la señal recibida por el relé no corresponde exactamente al oscilograma predefinido, éste no se excitará.

9.5.2.3 Circuito de Vía de Audiofrecuencia El circuito de vía de audiofrecuencia tiene como misión la detección del estado de ocupación de una sección de vía. El funcionamiento de este circuito de vía cumple las normas de seguridad intrínseca. La gran ventaja que presenta frente a otros circuitos de vía es que no requiere de eclisas aisladas y por ende tampoco de impedancias. La separación en la frontera de los circuitos de vía se logra electrónicamente empleando distintas frecuencias para los circuitos de vía adyacentes. Cada fabricante emplea diferentes frecuencias, sin embargo siempre están contenidas en el rango de 600 Hz a 22.000 Hz. General Railway Signal de USA emplea 18 frecuencias diferentes que varían desde 618 Hz hasta 20.900 HZ. Dimetronic de España emplea 8 frecuencias diferentes varían desde 4.080 Hz hasta 6000 Hz. Cada frecuencia corresponde a un circuito de vía determinado que utiliza lazos de terminación entre los distintos circuitos.

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Estos circuitos de vía se pueden instalar como un sistema de detección de trenes o también puede ser instalado como una parte integral de un sistema de control automático del tren (ATC), permitiendo que se transmita desde la vía al tren más de 10 códigos diferentes de protección automática del tren (ATP). Se utiliza técnicas de procesamiento digital de la señal, las cuales garantizan un alto nivel de seguridad. Un transmisor proporciona una señal modulada en frecuencia precisa, con salida de energía constante independiente de las variaciones de la carga. Un receptor “inteligente” utilizando un microprocesador y software validado asegura que se cumplan las siguientes condiciones con un alto nivel de precisión: • La señal que se recibe sea de la forma de onda compleja correcta. • La señal que se recibe esté por encima del umbral definido. • Imposibilidad de que un circuito de vía ocupado realmente por un tren, aparezca como desocupado a causa de fallas del circuito de vía, ruidos o interferencias. Tiene, además, este circuito de vía la ventaja de que en fábrica se puede programar el retardo a la excitación o a la caída, permitiendo utilizar en el enclavamiento relés de línea estándar en vez de relés especializados para excitación o caída lenta. El transmisor, vía unidad de sintonía suministra continuamente su señal a los rieles en un extremo del cantón. En el extremo opuesto del cantón, la señal es enviada a un receptor que decodifica la señal transmitida y en el caso que reciba la señal correcta, excita el relé de vía asociado. Cuando se utiliza un sistema para transmitir códigos de velocidad ATP a un tren, la frecuencia de modulación de la señal se produce externamente al transmisor del circuito por un generador de códigos. Cualquiera de las distintas salidas del generador de códigos puede ser conmutada a la entrada del transmisor. La conmutación se realiza en circuitos de selección de códigos que normalmente forman parte del enclavamiento del sistema de señalización. La señal de código de los rieles es detectada por equipo ATP embarcado que la interpreta como un código de velocidad. Cuando el circuito de vía de frecuencia forma parte del sistema ATP, el equipo embarcado en el tren recibe la señal con el código de velocidad aunque el eje del tren provoque un cortocircuito sobre la señal. Esto se consigue instalando una antena ATP por delante del eje delantero del tren. La práctica normal requiere que el equipo del circuito de vía de audiofrecuencia lo aborde el tren indistintamente desde el transmisor o desde el receptor. Sin embargo, si está asociado a la transmisión de códigos de velocidad para un ATP, entonces el tren siempre debe abordarlo desde el extremo de la recepción. Si es necesario un funcionamiento bidireccional en un sistema ATP, cada circuito e vía deberá contar con transmisor y receptor en ambos extremos, entonces las conexiones transmisor y receptor deben ser conmutadas por el enclavamiento, según la direccionalidad que en cada circunstancia tenga el block.

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La zona neutra en la frontera entre dos circuitos de vía de audiofrecuencia es pequeña. Solamente la presencia de un sólo eje no puede ser detectada por ninguno de los dos circuitos de vía vecinos. Sin embargo, en la práctica cualquier vehículo tiene al menos dos ejes, por lo que será detectado por uno de los dos circuitos, dependiendo de su posición en la frontera. 9.5.3

Señales

9.5.3.1 Clasificación Las señales ferroviarias se clasifican según sus funciones, sus características físicas y los aspectos que presentan. (a) Según sus funciones Principales:

De maniobra Auxiliares

(a.1)

De entrada De salida Intermediarias (de block) Repetidoras Para ingreso a vías desocupadas Para ingreso a vías ocupadas Indicador de dirección Indicador de destino Indicador de velocidad límite Indicador de velocidad autorizada Indicador de protección de cruce a nivel activado Indicador de reanudación Otros indicadores

Señales Principales

•

Las señales de entrada permiten el ingreso desde la plena vía a una zona de maniobras (estación). Siempre son altas (montadas en poste) y cuentan con pantalla y visera. El poste está pintado con franjas alternadas a 45º blanco y rojo.

•

Las señales de salida permiten la salida desde una zona de maniobras (estación) a plena vía (block). Siempre son altas (montadas en poste) y cuentan con pantalla y visera. El poste está pintado con franjas alternadas a 45º blanco y rojo.

•

Las señales intermediarias permiten subdividir el block en cantones. Siempre son altas (montadas en poste) y cuentan con pantalla y visera. El poste está pintado con franjas alternadas a 45º blanco y rojo. Cuentan además con un disco blanco cruzado por una franja roja 45º. Se usan en tramos de doble vía.

•

Las señales repetidoras permiten informar del aspecto de la señal que repiten, por no tener está última la distancia necesaria de visión debido a aspectos topográficos (curvas) u otros (puentes, postes, pórticos). Siempre son altas

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(montadas en poste) y cuentan con pantalla y visera. El poste está pintado amarillo y la pantalla tiene una franja amarilla a 45º.

FIGURA 9-11

(a.2)

Señales de maniobra

Las señales de maniobra, como su nombre lo indica, sólo permiten realizar maniobras en zonas de cambios y recorrer trayectos cortos. Pueden instalarse en poste, asociadas a señales principales, pero no tendrán pantalla ni visera. Generalmente son señales bajas (enanas) sin pantalla ni visera. Estas señales permiten ingresar a destinos desocupados, pero en ciertos casos pueden permitir el ingreso a destinos ocupados.

FIGURA 9-12

(a.3)

Señales auxiliares

•

Los indicadores de dirección informan, al abordar un cambio de punta, si ese cambio se recorrerá por la recta o al desvío.

•

Los indicadores de destino informan, al abordar una zona de cambios, el destino al que comanda la ruta (cocheras, taller, patio, etc.).

•

Los indicadores de velocidad límite son indicadores absolutos, no cambian de aspecto, que señalan la máxima velocidad a la que se pueden circular en un determinado tramo de acuerdo a las características de la vía (recta, curvas, pendientes, gradientes, puentes, túneles, etc.)

•

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•

Los indicadores de velocidad autorizada son indicadores que cambian de aspecto de acuerdo a la ruta que está autorizada. Una ruta que implica abordar un cambio de punta a la recta señalará una velocidad autorizada mayor que una ruta que implica abordar el mismo cambio a reversa.

•

Los indicadores de protección de cruce a nivel informan al maquinista cuando se aproxima a un cruce a nivel si los sistemas de protección vial se encuentran activados o no (luces destellantes, campanas y barreras automáticas).

•

Los indicadores de reanudación son indicadores absolutos (no cambian de aspecto) que informan al maquinista que abandonó la zona afecta a un indicador de velocidad autorizada, en consecuencia puede aumentar su velocidad hasta la velocidad límite del tramo.

(b) Según sus características físicas (b.1)

Señales principales y de maniobra

Las señales pueden ser de una, dos o varias linternas. En el caso de las señales de una linterna, éstas cuentan con una sola lamparilla a la que se le interponen lentes de diferentes colores (rojo, amarillo, verde) gobernados por un relé montado en la propia señal. Según el comando que se le dé al relé, cambiará la lente interpuesta frente a los rayos luminosos y en consecuencia la señal adoptará distintos aspectos (rojo, amarillo, verde). Este tipo de señales ha caído en desuso debido a la poca confiabilidad de los mecanismos. Se emplea, en cambio, señales de un aspecto fijo (rojo) como señales culateras (fin de un andén, de una vía de cocheras o de taller). Las señales de dos aspectos (rojo, verde) se emplean normalmente como señales de salida de una zona de maniobras hacia plena vía (block), particularmente cuando se trata de blocks en zona de simple vía o en blocks en zona de doble vía, cuando éstos últimos son largos y tienen sólo una o dos señales intermediarias. También se emplea la señal de dos aspectos como señal intermediaria cuando se trata de blocks en doble vía con seguimiento y frecuencias bajas. Se usa también la señal de dos aspectos (rojo, amarillo) en zonas de maniobras, siempre que esta señal de maniobra no esté instalada en una vía que forme parte de rutas del tráfico principal. Las señales de tres aspectos se emplean en las señales de entrada, señales intermediarias en zonas con frecuencia de tráfico importante y en señales de maniobra instaladas en vías que formen parte de rutas de trafico principal. Señales de cuatro aspectos (rojo, amarillo, verde, amarillo) se emplean en tramos de doble vía, como intermediarias, para permitir tener dos graduaciones entre el rojo y el verde. En este caso el doble amarillo es menos restrictivo que un sólo aspecto amarillo. Señales de más de cuatro aspectos se emplean principalmente para dar una información de velocidad y cada administración ferroviaria adopta códigos propios

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de interpretación. Con el desarrollo de modernos sistemas tales como Lab. Signal, ATP y ATO, ya no son de uso habitual estas señales. Para permitir informar del destino de la ruta en el caso de señales de entrada a zonas de maniobras o de salidas desde zonas de maniobras al block (red principal o ramal) se adopta el criterio de instalar en un mismo poste hasta tres señales de una, dos ó tres linternas cada una. La posición de estas señales en el poste indica al maquinista su destino. Ubicada en la parte alta del poste y centrada indica ruta hacia la vía principal. Ubicada, por ejemplo, al centro del poste y cargada a la izquierda indica ruta hacia la vía local, cargada a la derecha indica ruta hacia el desvío. En estos mismos postes se instala además, a veces, señales repetidoras de señales que están ubicadas más adelante. El empleo de indicadores de dirección o indicadores de destino asociados a las señales principales ha dejado obsoletos los conceptos de este tipo de instalación de señales. (b.2)

Señales auxiliares

Las señales auxiliares pueden estar formados por una, dos o varias unidades. Cada unidad puede representar un símbolo alfanumérico o de otra naturaleza o una sola unidad mediante una matriz lumínica puede cambiar su representación. Para el caso de los indicadores de dirección, indicadores de destino e indicador de velocidad autorizada se recomienda el empleo de la matriz lumínica, pues estos indicadores deben poder cambiar de aspecto. Para el caso de los indicadores de velocidad límite indicador de protección de cruce a nivel activado e indicador de reanudación, por razones de costo, es conveniente usar una señal auxiliar que comprende una sola lamparilla que proyecta sus rayos en una placa semitransparente difusora sobre la cual se graba en negro el símbolo. (c) Según los aspectos que presentan (c.1)

Señales principales y de maniobras

El aspecto verde implica vía libre y que se puede adoptar la máxima velocidad autorizada en el tramo. En los casos de señales de salida hacia el block (en simple vía) autoriza la movilización hasta la señal de entrada de la próxima zona de maniobras. En blocks de doble vía con circulaciones de poca frecuencia autoriza llegar hasta la próxima señal intermediaria. En blocks de doble vía con circulaciones de frecuencia importante garantiza que la próxima señal intermediaria estará en verde o amarillo. En los casos de señales intermediarias, siempre en blocks de doble vía, si el intervalo es alto, el aspecto verde autoriza avanzar hasta la próxima señal intermediaria o de entrada. Si el intervalo es bajo (muchos cantonamientos), el aspecto verde garantiza que la próxima señal tendrá aspecto verde o amarillo.

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Para el caso de las señales de maniobra ubicadas en una vía que forma parte de rutas del tráfico principal se usa el aspecto verde, cuando no se está efectuando maniobras, para no entorpecer la circulación de los trenes que precisan circular rápido. Las señales de entrada adoptan el aspecto verde cuando está preparada la ruta que permite que el tren no se detenga en la zona de maniobras y a libre la señal de salida que permite avanzar hacia el próximo block. El aspecto amarillo indica que se ha autorizado una ruta para efectuar maniobras o que la próxima señal está a rojo o que se va a abordar un cambio de punta con las agujas a reverso, en consecuencia implica una conducción prudente a baja velocidad. A fin de obtener alto rendimiento en la explotación de blocks de doble vía con tráfico intenso se usa el aspecto doble amarillo como un aspecto más restrictivo que el verde y menos restrictivo que el amarillo. En un block dividido en muchos cantones, siempre detrás de cada tren circulando hay una señal roja, luego una amarilla, luego dos amarillas y finalmente una verde. Esto permite seguimientos muy estrechos a altas velocidades. Se da el caso de usar aspecto verde destellante como un grado más liberalizador que el verde fijo. Finalmente el aspecto rojo tiene sólo una interpretación, detención absoluta antes de franquear la señal. El motivo por el cual el aspecto doble amarillo es más liberalizador que el amarillo único es por razones de seguridad intrínseca, en caso de fundirse una de las lamparillas la señal presenta un aspecto mas restrictivo. Lo mismo para el caso del verde destellante, si el dispositivo destellador falla, la señal adopta aspecto verde fijo que es más restrictivo que el verde destellante. (c.2)

Señales Auxiliares

Los indicadores de dirección proyectan símbolos que representan flechas. Flecha vertical con punta hacia arriba (a la recta), flecha horizontal con punta a la izquierda (desvío a la izquierda) y flecha horizontal con punta a la izquierda (desvío a la derecha). Los indicadores de destino proyectan símbolos alfanuméricos. C4 (cochera número 4), T2 (vía de taller 2), A5 (andén 5), etc. Los indicadores de velocidad límite presentan la velocidad en símbolos alfanuméricos (80, 120, 140). Los indicadores de velocidad autorizada también presentan la velocidad en símbolos alfanuméricos (25, 40, 60, etc.).

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El indicador de protección de cruce a nivel activado presenta el símbolo flecha vertical con punta hacia arriba cuando el mecanismo de protección operó (luces destellante, campana y/o barrera activada) El indicador de reanudación proyecta el símbolo alfanumérico R. (d) Características Técnicas (d.1)

Señales Altas

Toda señal alta está compuesta por la señal propiamente tal, el poste y la base. La señal comprende una caja de fundición férrica o aleación de aluminio con distintos habitáculos en su interior para el montaje de los elementos que constituyen su equipo óptico y el de alimentación de las lamparillas.

FIGURA 9-13

La caja debe contar con orificios de ventilación provistos de rejilla para evitar el ingreso de insectos. La tapa posterior estará proyectada de tal forma que presente un cierre hermético mediante la correspondiente junta de caucho u otro material con imprimación de un producto graso, que imposibilite la entrada de agua. Existen señales de un sólo cuerpo que comprende varias linternas, como señales formadas por agregación de varios cuerpos de una linterna cada uno. Para el caso de señales principales, la caja única de fundición o el conjunto de cajas modulares debe contar con una pantalla de plancha de acero de espesor conveniente y cada linterna con una visera, todo pintado en color negro opaco (negro humo). Esto para atenuar el efecto de encandilamiento de los maquinistas que conducen en la aurora o el ocaso en dirección oeste-este y viceversa. El poste estará constituido por un tubo de acero de al menos 140 mm. ∅, que irá embutido en una base de fundición férrica. La base se ubica sobre un bloque de hormigón donde van empotrados 4 pernos de anclaje. El poste debe tener una longitud tal que el eje de la linterna inferior del conjunto de la señal quede al menos a 4,30 m. del plano de rodadura del riel de la vía que señaliza.

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Para acceder a la señal propiamente tal en las mejores condiciones de seguridad, el conjunto va provisto de plataformas con barandillas en su parte superior y cuenta también con escalera de acceso. Sin embargo, debe analizarse con mucho cuidado este aspecto, pues tal como facilita el mantenimiento de la señal, también facilita el acceso de individuos que pueden cometer vandalismo contra las instalaciones. En Chile se evita el uso de estas escaleras. Se da también el caso de señales altas montadas en torrecillas colgantes adosadas a los pórticos de electrificación, cuando el gálibo entre vías impide la instalación de un poste. Para poder efectuar una adecuada orientación de las señales existen diversos elementos en función de la tecnología empleada. La señal lleva adosada unas especies de orejas con pequeños orificios alineados que permiten enfocarla adecuadamente, concepto similar al de la mira de un fusil. Existen sistemas más perfectos, consistentes en un tubo de aproximadamente 1 cm de diámetro, teniendo en uno de sus extremos ciego un orificio de 1 mm de diámetro y en el otro extremo un pequeño lente reticulado. Es necesario aquilatar la importancia que tienen estos sencillos dispositivos en vista a la puesta en servicio y posterior mantenimiento de las señales altas. Con el fin de poder efectuar la orientación idónea de las señales hacia puntos elegidos de la vía, éstas cuentan con un sistema de acoplamiento con el poste que les permite girar tanto en un plano vertical o en uno horizontal. El sistema óptico de las señales está formado por un conjunto de dos lentes, una colocada en la parte exterior de la caja de fundición y otra en su interior. Ambas lentes, construidas con vidrio de gran dureza, tienen un escalonado tipo Fresnel, la primera en su cara cóncava y la segunda en su cara convexa. En ferrocarriles expuestos a actos de vandalismo se reemplaza el vidrio de la lente exterior por policarbonato u otro material resistente al impacto de pedradas. La lente interior es coloreada para otorgar el aspecto que se requiere de la linterna. Las lentes son fijadas a la caja mediante un soporte totalmente estanco. Coincidiendo con el foco geométrico de estas lentes se sitúa el filamento de la lámpara, con lo que se consigue un haz luminoso muy intenso y paralelo. El hecho de contar con dos lentes permite que el foco óptico este muy cerca de la lente exterior. Si se contara sólo con una lente, el foco óptico se alejaría mucho de la lente y en consecuencia las señales deberían tener una caja más larga. El sistema óptico así formado tiene un índice de dispersión que no debe ser superior a 2 grados, entendiendo que el rayo luminoso que forma este ángulo de 2 grados tiene que tener la mitad de la intensidad lumínica del rayo principal. Con estas estrictas características se logra tener visibilidad de la señal a grandes distancias con lamparillas de muy poca potencia. Cuando las señales han de instalarse en zona de curvas, se específica lentes con un índice de dispersión de valor superior al estándar, 15 ó 20 grados. De esta forma el rayo principal incide en el centro más lejano de la vía, sin que la visibilidad disminuya cuando la señal sea observada al aproximarse a ésta. MIDEPLAN - SECTRA

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En general, la visibilidad de una señal en vía recta debe ser del orden de los 1.000 m, para el aspecto verde encendido y en las condiciones más adversas de luz natural (sol en el horizonte) ubicado detrás de la señal. Las lentes exteriores suelen tener una zona plana, denominada de visión próxima, que permita a los maquinistas detenidos frente a la señal poder observarla adecuadamente. (d.2)

Señales de Maniobra

Estas señales van ubicadas en poste, asociadas a señales principales o instaladas directamente en el suelo sobre una base de hormigón. Se instalan en el interior de las zonas de maniobra (estaciones) o apartaderos y su función permite las movilizaciones del servicio interno de estas dependencias. Todo lo indicado al tratar el capítulo de las señales altas es extensivo a estas señales de maniobra. Las excepciones son que no cuentan con pantalla ni visera y que preferentemente requieren de lentes con un índice de dispersión alto. Las características eléctricas de las lamparillas de las señales pueden ser de muy diversos tipos, no solamente en lo que se refiere a su constitución, sino a la forma de operarlas. Existen muy diferentes circuitos de señales en función de los relés de comando y control, lo que da una gran diversidad de esquemas eléctricos. La alimentación de las lamparillas puede efectuarse en corriente continua o alterna, generalmente con tensiones no mayores de 24V. Se emplea lamparillas de doble filamento, las que al fundírseles uno de los dos deja la señal con una iluminación más tenue. En este caso los maquinistas reportan tal situación y el personal de mantenimiento procede a su reemplazo. También se emplea la comprobación de lamparilla fundida, se instala en serie con el filamento un relé de comprobación de estado de lamparilla. Cuando la señal está comandada, la lamparilla se enciende y circula corriente por el filamento y por ende esta corriente excita el relé. En el panel de mando se observa la indicación de señal en orden. El relé empleado es de “intensidad”, o sea que se excita cuando su bobina es recorrida por la corriente que a su vez alimenta el filamento de la lamparilla a través de la resistencia de ajuste de tensión de la misma. El relé está proyectado de tal forma que su bobina excite su armadura al tener presente ciertos amperes-espiras. Para este tipo de tecnología debe tenerse presente que no puede cambiarse la potencia de las lamparillas; si es menor el relé no se excita y si es mayor se quema la bobina del relé. La vida útil de las lamparillas es de orden de las 5.000 horas, por lo que el mantenimiento preventivo obliga a reemplazarlas cada 4.000 horas. Los portalámparas van montados sobre dispositivos que permiten desplazar la lamparilla en los tres ejes, de tal forma de posicionar el centro del filamento lo más próximo al foco geométrico de las lentes.

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A fin de prolongar la vida útil de las lamparillas y disminuir el consumo de energía eléctrica, se exige en ciertos ferrocarriles la ocupación por parte del tren del circuito de vía de aproximación para que la lamparilla de la señal se encienda. A las lamparillas se les aplica una tensión menor que la tensión nominal de fabricación (90%) a fin de también prolongar su vida útil. 9.5.4

Relés de Seguridad Los relés de seguridad empleados en señalización ferroviaria son transductores electromecánicos que transforman la existencia o no de una tensión de entrada presente en su bobina de control en cierres o aperturas de contactos de trabajo y aperturas o cierres de contactos de reposo. Esta definición corresponde a lo que se llama relé de línea. El grado de seguridad atribuible a los enclavamientos basados en relés de seguridad es difícil de cuantificar; sin embargo es importante citar el hecho de que no se ha producido accidente alguno imputable a la técnica de enclavamiento convencional con las que, desde su implantación hace muchas décadas, han sido equipadas miles de instalaciones. El tema de la seguridad de los enclavamientos, a medida que se modernizan y caen en el ámbito de la electrónica y la informática recurrentemente se presta a controversias técnicas. Sin poseer un juicio sólido sobre el uso de índices de índole probabilístico, su origen o su significado, se puede caer en el uso de herramientas sugestivas y peligrosas. Las investigaciones de las estructuras matemáticas en que se fundamentan las técnicas de seguridad son muy complejas y los conceptos involucrados no se prestan a tratamientos parciales de características sencillas o semintuitivos. Debe tenerse siempre presente que el tratamiento de datos ligado a componentes electrónicos comerciales o software inadecuados genera múltiples posibilidades de fallas peligrosas en seguridad. En la fabricación de los relés de seguridad se adoptan disposiciones constructivas muy refinadas, diseños magnéticos y mecánicos generosos, amplios y estables entrehierros de trabajo. Ejes y bujes construidos con materiales nobles (rubí) y estudiadas tolerancias. Contactos con elevadas características de insoldabilidad (carbón, plata, oro) de suficientes secciones y espesor considerable para garantizar un distanciamiento adecuado de las láminas portacontactos. En los relés de línea o monoestables, ambos estados poseen características asimétricas desde el punto de vista de su obtención y mantenimiento. Esta característica trae como consecuencia de que frente a incidencias o averías el relé reaccione adoptando el estado de reposo, caracterizado por su nivel nulo de energía potencial.

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En los relés biestables sus dos posiciones son estables y aproximadamente equipotenciales, no existiendo diferenciaciones notables entre ellas, que se denominan, sin embargo, normal e invertido, izquierda y derecha, alta y baja. A diferencia del relé de línea que requiere el aporte de energía sólo para lograr la posición de trabajo y no así la posición de reposo; el relé biestable requiere de aporte de energía para producir los pasos de uno a otro estado que se suministra a la bobina asociada a la posición requerida. Se dice que el relé biestable tiene memoria; pues a diferencia del relé de línea, al dejar de contar con tensión en una bobina no cambia de posición, sino hasta que se le aplique tensión a la bobina antagónica. Usando ciertos artificios se puede utilizar un relé monoestable como un relé con memoria, usando uno de sus propios contactos frontales o de trabajo para dotar a su bobina de una alimentación alternativa, a partir del momento en que la alimentación principal se interrumpió. En general los relés se pueden clasificar según sus características funcionales en: • • • • • •

Relés monoestables Relés biestables Relés polarizados Relés de caída lenta Relés de tiempo (temporizados) Relés destellantes

9.6

Puestos de Comando de Tráfico

9.6.1

Funcionalidad Para diseñar y especificar la funcionalidad de un puesto de comando debe tomarse en cuenta las siguientes consideraciones: 1. Si se trata de un puesto de comando para una o dos zonas de maniobra aledañas, se define como un puesto de comando local. 2. Si se trata de un puesto de comando para varias zonas de maniobra o una red completa, se define como un puesto de comando centralizado. En el proyecto funcional se deberá definir: (a) (b) (c) (d) (e) (f)

Plano en planta del esquema de las vías a controlar. Ubicación del puesto de mando. Areas geográficas de influencia. Cantones de vía y sus circuitos de vía, si procede. Señales a controlar. Aparatos de cambio a controlar.

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(g) Relación con otras instalaciones. (h) Listado de maniobras locales. (i) Listado de maniobras centralizadas. (j) Listado de comandos por ruta, si procede. (k) Características de la movilización en las interestaciones. (l) Maniobras y rutas alternativas ante situaciones de emergencia. (m) Tablas de enclavamiento. De acuerdo a la complejidad de las operaciones a controlar, el puesto de mando puede contar con los siguientes equipamientos operacionales. • • • • •

Comando mediante pupitre con teclado especializado. Comando mediante teclado y mouse. Control mediante cuadro o diagrama luminoso especializado. Control mediante, pantalla videográfica. Control mediante sistemas de videoproyección.

Cualquiera sea la tecnología que se adopte, debe siempre considerarse la adecuada disposición de los sistema de comunicación en los pupitres o en las mesas de mando, tales como platinas, teléfonos, micrófonos y parlantes. Si el cuadro o pantalla se instala de frente (mirando a las vías) la representación de la vía más próxima al puesto de mando se representará en la parte inferior del cuadro o pantalla. A la inversa, si se instala de espaldas a las vías, la representación de la vía más próxima al puesto se representará en la parte superior. El comando y control de ordenes e indicaciones desde los mandos y pantallas del puesto de maniobra y toda la lógica propia del sistema no constituyen funciones de seguridad. La seguridad intrínseca de la movilización de los trenes descansa exclusivamente en el enclavamiento de señalización, ya sea éste electromecánico (a todo relé) o electrónico (ordenadores electrónicos). El puesto de mando puede permitir gobernar los elementos de terreno en forma individual, cambio por cambio y señal por señal o bajo el concepto de rutas, desde un origen hasta un destino circulando sobre una zona de tránsito. En el caso que algún cruce a nivel con el tráfico vial este señalizado y asociado a la señalización de la zona de maniobras, podrá comandarse desde el puesto las luces intermitentes, campana y barreras. En el puesto debe disponerse de alarmas luminosas y/o sonoras que adviertan de anomalías en el propio sistema de señalización y otros sistemas asociados. Debe disponerse de un dispositivo que permita regular la luminosidad de los cuadros o diagramas, particularmente para contrarrestar los efectos de la luminosidad propia de las salas que cuentan con ventanas (día o noche).

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Deberán disponer de dispositivos que permitan transferir el comando local al puesto de comando central y viceversa. Este dispositivo de comando debe operar exclusivamente desde el puesto local, pues si el comando de esta función está asignado al puesto central y surge una falla, en el sistema del teletransmisión no habría como transferirlo al puesto local. 9.6.2

Representación en el Panel Mímico Se define como panel mímico al cuadro, diagrama, pantalla o videoproyección que representa en planta la disposición de las vías de las zonas de maniobra con todos los elementos que se requiera controlar.

ANULACIÓN MANDOS

TOMA DE ANULACIÓN MANDO EMERGENCIA

ESTACIÓN

CTC

LOCAL

VIA C CIERRE SEÑALES DE BLOQUEO

VIA C

BLOQUEO

CESE SONERÍA

LOCAL

CIERRE SEÑALES DE BLOQUEO

ENERGÍA

CESE SONERÍA

CTC

SEE1C

SE1B

SM11 SS2B

SM2 A1

BLOQUEO

LOCAL

ALTA

SM12

SE2B

LOCAL

CTC

LOCAL

CTC

SEE2C

A10

VIA B

DESBLOQUEO

DESBLOQUEO VIA A

A2 DESBLOQUEO

A6 A9

A3 SEE1B

SE1A

SM1

SM8

SS1A SM5

SM10 SS2A

SS1A-2 SM9

DESBLOQUEO SE2A

SEE2B

VIA C A4

A5 SS1C SM6

CESE SONERÍA

LOCAL

SM7 SS2A

CTC

CESE SONERÍA

VIA B CIERRE SEÑALES DE BLOQUEO

VIA B CIERRE SEÑALES DE BLOQUEO

BLOQUEO

GENERAL TRANSFERENCIA

COMPROBACIÓN DESTELLOS

GENERAL DESVIADORES

ANULACIÓN EFECTO PEDAL

REARME DESVIADORES

BLOQUEO

DESBLOQUEO

DESTINO

DESVIADORES

BLOQUEO

DESBLOQUEO

SEÑALES

CIERRE

ANULACIÓN

SEÑALES

ARTIFICIAL

BLOQUEO

ANULACIÓN ITINERARIO DE EMERGENCIA

FIGURA 9-14

La representación de los circuitos de vía, ya sea se emplee lamparillas, diodos electro luminiscentes o representación en pantalla o video proyección, comprende un pequeño rectángulo ubicado en el diagrama de la vía misma. Es usual que la vía libre (sin trenes) se represente por la indicación apagada. La vía ocupada se representa siempre por el encendido del aspecto rojo. Por razones de seguridad, la representación de cada circuito de vía está formada por los elementos (lamparilla, LED, etc), de tal forma que la fusión de uno de éstos no haga que el operador lo interprete como que la vía está desocupada. En el caso del comando por rutas, una vez comandada una ruta es usual que las vías de la zona de tránsito y el destino se representen con un color claro (ambarino) y a medida que el tren va ocupando las vías que componen la ruta estas van adquiriendo el aspecto rojo. Una vez que el tren llego al destino de la ruta y libera las zonas de tránsito, el aspecto de los circuitos de vía se apaga. Cuando se dispone de programadores de tráfico (ordenadores) es usual que, sobre cada casilla luminosa que representa un circuito de vía, se disponga de una ventana luminosa donde se identifica por su número el tren que se encuentra en ese lugar. Para la representación de la posición de los cambios se debe disponer de dos casillas color ámbar, una a cada lado del desviador. Se encenderá la lamparilla MIDEPLAN - SECTRA

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correspondiente a la posición controlada, ya sea normal o reversa. Cuando no se cuente con control del cambio a normal o reverso, las dos lamparillas deben titilar intermitentemente. Sin embargo, el inicio del parpadeo debe ser temporizado de tal forma que durante el tiempo normal de operación de la máquina de cambio no se simule un desperfecto de la operación de los cambios. La falla en un cambio debe ir asociada a una alarma sonora que se acallará cuando el operador tome conocimiento de esta situación mediante la opresión de un botón. La representación de la señal en el panel consiste en una figura con el aspecto de una señal con dos ventanillas circulares. La ventanilla que se ilumina rojo representa el aspecto restrictivo en terreno (rojo). La otra ventanilla se ilumina en color ámbar y representa el aspecto “a libre” de la señal en terreno (verde o amarillo). Si se cuenta en terreno con control de lamparilla quemada, esta situación hará que el aspecto de la señal en falla sea representada parpadeante y asociado a una alarma sonora. Para el caso del comando elemento por elemento en terreno (señales y cambios), se puede disponer de un pupitre especializado con botones o perillas para operar los cambios y señales. En el caso de contarse con pantalla y mouse, en la parte superior de la pantalla esta representada la disposición de las vías y en la parte inferior está representado una botonera. Con el uso del mouse puede operarse los cambios y las señales. Para el caso del comando por rutas, puede emplearse ambos procedimientos, pupitre especializado o pantalla y mouse. En este caso de comando por rutas hay una tecla asociada al origen de cada ruta y teclas asociadas cada una de ellas a los destinos que se permite llegar desde ese origen. Basta con oprimir la tecla de destino para que la ruta se comande (siempre que no haya rutas incompatibles comandadas). Una vez que el tren llega a su destino y ha liberado las zonas de tránsito, la ruta se destruye automáticamente (destrucción automática). En caso que el operador desee destruir una ruta que ya este comandada, tendrá dos opciones Destrucción libre: en caso que el circuito de vía de origen y los circuitos de vía de tránsito de la ruta, estén libres, bastará que oprima simultáneamente el botón de origen de la ruta y el botón de destrucción libre. Destrucción de urgencia: en caso que el circuito de vía de aproximación esté ocupado y por lo tanto el maquinista ya aceptó la señal a libre o que el tren se encuentre en la zona de tránsito, el operador deberá oprimir simultáneamente el botón de origen de la ruta y el botón de destrucción de urgencia. Esta actuación queda

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grabada en un registro de eventos, pues lo normal es que el operador deba dar explicaciones por este hecho. Al oprimir el botón de destrucción de urgencia, la señal que permite iniciar la ruta adopta de inmediato el aspecto rojo, sin embargo la destrucción propiamente tal está temporizada. En esta situación, pasada la temporización, el sistema permite que se comande un relé de una ruta incompatible, sin embargo mientras el tren se encuentre en una zona de cambios, éstos no operaran porque el relé de enclavamiento de cambio no se excita. La señal de ingreso a la ruta incompatible tampoco se excitará por ocupación de los circuitos de vía de tránsito. En el caso de que entre zonas de maniobra, en que la vía directa disponga de estaciones de pasajeros (paraderos) no hay forma de controlar el tiempo de detención de los trenes en esos lugares, pues en las interestaciones en doble vía la señalización de block es automática, por ocupación o liberación de circuitos de vía. Para poder efectuar una adecuada regulación del tráfico, en estos casos se dispone de señales auxiliares, llamadas “partida bajo orden” que impiden que el tren reinicie su marcha desde el paradero aunque la señalización de block lo permita. Este procedimiento se usa en ferrocarriles con intervalos pequeños, en que para el usuario es más importante la frecuencia entre trenes que la llegada del tren asociada a una hora definida. En estos casos si un tren en particular por algún problema se detiene mucho tiempo en una estación, se procede a detener por más tiempo que el establecido a los otros trenes del circuito en las otras estaciones en forma progresiva a medida que están más próximos al tren con problemas, ya sea los que lo preceden o los que lo persiguen. De esta forma, un usuario ubicado en cualquier punto del circuito verá pasar los trenes aproximadamente con el mismo intervalo. Se requerirá de indicaciones luminosas (rojas) asociadas a los aparatos de cambio cuando éstos se encuentren en situación de operación manual u operación con comando local al pie del cambio cuando así proceda. Se dispondrá en la parte superior del panel o con visualización en pantallas de un reloj, generalmente asociado al sistema de cronometría de la red y gobernado por un reloj patrón. La operación, comando y control, ya sea de la alta y media tensión o de la corriente de tracción generalmente esta asociada a un puesto de comando de la energía (despachador eléctrico), sin embargo si se desea que el operador de tráfico gobierne la corriente de tracción en la red, debe disponerse que el panel mímico incluya el comando y control de los seccionadores de tracción y la representación de las vías energizadas. Normalmente se dispone de trazos distribuidos a lo largo de toda la línea, según conveniencia, que están permanentemente apagados y cuando está interrumpida la alimentación de energía de tracción se encienden en color ámbar en el sector afectado.

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9.6.3

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Programador General de Tráfico Cuando el tráfico de un ferrocarril es muy intenso, la actuación y toma de decisiones por parte de los operadores se va haciendo más ineficiente a medida que aumenta la frecuencia de las movilizaciones. En estos casos debe disponerse de un programador general de tráfico (PGT) que soportado por poderosos software es capaz de operar automáticamente toda la red. En casos de situaciones anormales o fallas de equipos, el operador del puesto de comando se superpone o desconecta el PGT y asume el control de la explotación. Si a su vez aparecen dificultades en el propio sistema de comando centralizado o en la red multiservicios de fibra óptica, el comando de los equipos en terreno se transfiere a los puestos de mando local. Para la operación del PGT se generan programas de explotación tipificados, desde el inicio hasta el fin de la explotación en cada jornada. A modo de ejemplo. • • • • • • • •

Programa día hábil normal Programa día hábil en período de vacaciones escolares Programa día hábil en Enero y Febrero Programa día hábil en vísperas de Navidad Programa día Sábado Programa día Domingo y feriados Programa 1º de Mayo y 1º de Enero Otros

El PGT se encarga de ir comandando todas las rutas desde el inicio de la jornada, el manejo de estaciones terminales, el ingreso de los trenes desde cochera. El retiro o ingreso de trenes a la red, según se acerque la hora valle o la hora punta. El envío de trenes a mantenimiento menor en horas valle. Para efectos del mantenimiento de los trenes o sus órganos cada cierto número de kilómetros, se puede dosificar el recorrido diario de los trenes a fin de mantener constante la carga de trabajo en talleres, esto asociado con los programas de mantenimiento. Se encarga también el PGT de presentar en el panel mímico el número de los trenes asociado al circuito de vía que está ocupando. El costo de la energía eléctrica consumida por un ferrocarril normalmente está asociado a la energía y a la potencia eléctrica. Independientemente que en el puesto de comando de energía se cuente permanentemente con los consumos de energía eléctrica por diversos períodos de tiempo (año, mes, día, hora, 15 minutos), es conveniente que el puesto de mando de tráfico se tenga una alarma cuando la tendencia del consumo (últimos 15 minutos) se acerque al valor máximo de potencia contratada, a fin de corregir de

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inmediato la tendencia y así la administración no incurra en aumentos de tarifas eléctricas. Cualquier operación que efectúe el operador de tráfico se superpone a lo dispuesto por el PGT; esto es un aspecto taxativo. 9.6.4

Puesto de Mando Centralizado de Tráfico El control y la supervisión del tráfico ferroviario y del movimiento de los trenes en el trazado se realiza desde el Puesto Centralizado de Comando (PCC). El sistema debe diseñarse de tal forma que previendo futuros desarrollos del ferrocarril puede extenderse geográficamente y ampliarse funcionalmente con facilidad.

9.6.4.1 Equipamiento del PCC Al menos, el sistema debe contemplar el siguiente equipamiento: 1. Dos Computadores en configuración “Hot Stand By” 2. Dos “Front end” de comunicaciones encargados de gestionar las comunicaciones entre los computadores de tráfico y los enclavamientos, adaptando en caso necesario los protocolos de comunicación 3. Doble red local Ethernet 100 MHz 4. Uno o dos puestos de operador 5. Un puesto para supervisor 6. Un servidor de Impresoras, impresora matricial, impresora láser e impresora de color Debe analizarse la conveniencia de contar o no con un panel mímico, ya sea este concebido como panel de diodos luminiscentes (LED) o video proyección. Independientemente de que sean equipamientos propios de otros sistemas, el proveedor del mando centralizado debe proyectar sus muebles de tal forma de que sus pupitres o gabinetes puedan alojar adecuadamente las consolas de: (a) (b) (c) (d)

Telefonía automática Telefonía directa Radiotelefonía Megafonía

Aspectos importantes a considerar en el puesto de mando son: • • • • •

Posibilidad de conexión con otros sistemas externos al puesto de mando Alta confiabilidad Facilidad de manejo Facilidad de crecimiento Flexibilidad de organización de los puestos de trabajo

Los puestos de operador y supervisor serán polivalentes, pues deben tener una configuración hardware única.

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Cada puesto de operador debe contar con 3 monitores de 25”. El puesto del supervisor únicamente dispondrá de un monitor de las mismas dimensiones. La operación en los puestos será limitada para cada individuo, requiriéndose de autorización basada en la identificación mediante clave del agente y nivel de operación, ofreciendo el sistema todas las funcionalidades definidas para dicho nivel e impidiendo aquellas funcionalidades no incluidas. Los periféricos utilizados como interfaces hombre-máquina en los diferentes puestos de operación deberán ser uniformes, estandarizados y no debe exigir un conocimiento especializado para su manejo. Las herramientas de que dispongan los diferentes puestos de trabajo estarán desarrolladas de tal manera que proporcionen: o o o

Visión perfecta Comunicaciones simples Máxima simplificación de órdenes

Los equipos de los puestos de operador deben ser de última generación y deben tener al menos las siguientes características: Estación de trabajo con capacidad para conectar hasta 5 monitores Tarjeta gráfica de alta resolución CPU a 800MHZ 256 MB de memoria RAM 2 ó 3 monitores en color de 25” y 1280 x 1024 pixeles Interfaz para Ethernet Teclado estándar y mouse (como alternativa se puede utilizar dispositivo puntero) 9.6.4.2 Funcionalidad ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

El núcleo físico del Puesto Central de Comando será una red de área local tipo Ethernet de alta confiabilidad. A la red Ethernet deberá ir conectado todo el equipamiento del puesto. Los computadores deben constituir el núcleo software del sistema y deben ser los encargados de suministrar paquetes de datos sobre la red de área local. Deberán ir duplicados y en funcionamiento “on line” - “hot Stand by” para dar confiabilidad al sistema. Deberán, además, poder funcionar como dos “sistemas simples” para facilitar las posibles pruebas e instalaciones de nuevas estaciones, evitando de esta manera interferencias en el buen funcionamiento del sistema que está en servicio. La conmutación entre ambos computadores deberá poder hacerse por procedimientos de software sin ningún elemento mecánico. Las herramientas software deben cumplir las siguientes características:

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• Interfaz Hombre-máquina de manejo sencillo • Utilización de sistema operativo y entornos gráficos estandarizados y de amplia implantación • No deberá requerirse de amplios conocimientos en informática para la utilización de las herramientas, siendo los únicos requisitos para su manejo el adiestramiento por parte del Proveedor, así como la entrega de manuales al usuario La confiabilidad del sistema, así como su disponibilidad deberá estar soportada no solamente por el tipo de elementos físicos y de programación empleados, sino además por la estructura organizativa de ellos. Sus características principales deberán ser: o o o o o o o o o

Utilización de Red de Área Local Ethernet de alto rendimiento Utilización de Red duplicada Configuración dual de los elementos hardware básicos del sistema, como ser los computadores centrales los computadores de comunicación Interfaz de usuario estandarizado Configuración de rutas alternativas automáticas Rutas en anillo para la comunicación con los puestos satélites Seguridad en el suministro de energía Sistemas de protección Utilización de software estandarizado de altas prestaciones y confiabilidad

Tratándose normalmente de suministros y prestaciones de otras especialidades, para realizar la comunicación entre los enclavamientos de las zonas de maniobras y el puesto de mando central, el soporte es una red multiservicio compuesta por el sistema de transmisión digital y cables de fibra óptica. Por razones de confiabilidad este red debe ser en anillo. El envío de los telecomandos y la recepción de los telecontroles desde las zonas de maniobra deberá efectuarse mediante un sistema de dos rutas paralelas con distinto soporte físico. Cada ruta irá por distintos cables de fibra óptica, de esta manera se garantiza la continuidad de los canales críticos, aún en caso de rotura de un cable. Los puestos satélites deberán estar conectados a las rutas de transmisión por dos sistemas independientes, utilizando una salida como ruta principal y la segunda como ruta de reserva. La conmutación a la ruta de reserva deberá realizarse en forma automática cuando el protocolo de comunicaciones detecte una falla de transmisión en la ruta principal. Es normal exigir a las interfaces de comunicaciones y remotas una reserva de equipos instalados del 10% y además una reserva de espacio en los bastidores de 20% para incluir futuras nuevas tarjetas. 9.6.4.3 Operación

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En el caso de requerirse un puesto de mando centralizado para un trazado de vías muy extenso, deberá dividirse la red en áreas manejables y que permitan que cada operador preste atención a un número razonable de trenes. El sistema permitirá la subdivisión del conjunto de la red en la cantidad de áreas a definir. Cada zona de maniobras podrá ser asignada a una o más áreas dependiendo de la filosofía de la explotación. Ello significa que si es preciso, las áreas podrán superponerse o por el contrario delimitarse claramente. Las distintas imágenes que se visualizarán en los paneles y/o monitores de operación se diseñarán teniendo en cuenta los criterios funcionales, ergonómicos y estéticos de la particular explotación ferroviaria. La experiencia demuestra que los primeros diseños no suelen ser definitivos, ya que con el transcurso del tiempo surgen nuevas necesidades, o bien se ve la necesidad de agrupar elementos que figuraban con imágenes distintas. Por ello, debe quedar en manos del explotador el software y la documentación precisa para que las imágenes puedan ser modificadas fácilmente por personal que no posea grandes conocimientos informáticos. En lo relativo a las imágenes, se deberá exigir al menos las siguientes: (a) Imágenes de Tráfico Incluirán la ubicación de los trenes en la red, las rutas establecidas y autorizadas, los circuitos de la vía, las señales, las agujas, los cruces a nivel y las estaciones con sus nombres. Sobre ella podrán sobreimpresionarse los números de los circuitos de vía, cambios, señales, etc. y si se estipula el estado de alimentación de la catenaria. Se indicará la situación de los enclavamientos de las zonas de maniobras y su estado (mando local o desde el puesto central), los equipos que se encuentren en estado de discordancia y si las comunicaciones con cada enclavamiento son correctas. Habrá tres tipos de imágenes: una general de la línea, otras por áreas y una tercera detallada para cada estación o zona de maniobras. (b) Imagen de la línea de transmisión Ilustrará la interconexión entre los puntos satélites y el estado de las comunicaciones entre el puesto de mando centralizado y éstos, además de su estado de maniobra (local o a distancia). (c) Imagen de alarmas Recogerán los incidentes aceptados por el operador y/o aquellos pendientes con indicación de la hora y del día en que ocurrieron. Normalmente se separa las alarmas de explotación de las alarmas de señalización y teletransmisión. (d) Imagen de gráfico de trenes Figurarán los clásicos gráficos espacio-tiempo de marcha de los trenes con el programa de explotación previsto y la situación real. (e) Imagen de tiempos Se indicará para cada tren, los tiempos estimados de llegada de los trenes a la próxima estación, el retraso o adelanto (si llegase a darse) sobre el horario, así como el tiempo de retraso total que tendrá a su llegada al terminal. MIDEPLAN - SECTRA

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El sistema de mando centralizado deberá caracterizarse por que la potencia de tratamiento de la información, funciones y tareas se encuentren distribuidas en diversos subsistemas o elementos de tratamiento de información, de manera de poder disponer de eficiencia y calidad en la explotación del sistema. Deberá estar constituido básicamente por un conjunto de subsistemas y unidades asociadas a funciones específicas con una capacidad de procesamiento autónoma e independiente, ligados entre si en forma jerárquica. El despliegue de información estará ordenado jerárquicamente, lo cual debe permitir al operador visualizar en todo instante sólo hasta el nivel requerido del proceso. El sistema debe disponer de dispositivos que permitan al personal de mantenimiento conocer el estado general del sistema para efectuar los mantenimientos correspondientes. El sistema será independiente del equipamiento que exista en terreno, no comprometiendo la seguridad del tráfico, ya que ésta es asegurada íntegramente por la lógica de los equipos del sistema de señalización, es decir, si el operador o el programador general de tráfico comanda una orden, ésta sólo se ejecutará si la lógica del enclavamiento de señalización lo permite. Lo anterior no implica que el o los computadores no deban verificar si la orden se valida. El entorno del sistema de comando centralizado normalmente está estructurado en cuatro niveles.

Nivel 1 Comprende los equipos ubicados en la sala de puesto de mando centralizado, tales como: periféricos de operación, paneles de control óptico, pantallas, teclados, computadores, red digital, teletransmisión, cables, impresoras y otros accesorios. Nivel 2 Comprende la red multiservicios o red de comunicaciones multiuso a lo largo de toda la línea desde el edificio del centro de comando centralizado. Nivel 3 Comprende unidades remotas inteligentes de teletransmisión ubicadas en las estaciones o zonas de maniobra, encargadas de la entrega de comandos y adquisición de controles para todos los equipos que involucran. Nivel 4 Comprende actuadores/sensores conectados a programadores lógicos y otros equipos. El criterio general de diseño para los niveles 1, 3 y 4 deberá considerar una arquitectura distribuida para una eficiencia de la explotación, utilizando productos

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estándares y probados en otras administraciones ferroviarias de prestigio (sistemas informáticos, teletransmisión y otros equipos). Si se estima que la red requerirá a futuro expansibilidad, evolutividad y flexibilidad, desde un inicio el sistema debe ser especificado con una modularidad que permite incluir nuevas zonas de maniobras, puestos de trabajo y funciones adicionales sin tener que incurrir en modificaciones engorrosas o subidas de costos. El tipo de arquitectura deberá permitir la instalación progresiva de subsistemas y equipos para las nuevas funciones. Para el nivel 2 (red multiservicio) los equipos de comando centralizado que requieran la utilización de este servicio, deberán contar con las interfaces adecuadas para conectarse a esa red. 9.7

Suministro Eléctrico para el Sistema de Señalización

9.7.1

General Las señales, circuitos de vía, máquinas de cambio, enclavamientos y sistemas de control de tráfico requieren de un suministro eléctrico en diversos voltajes y corrientes, el que debe ser permanente, confiable y adecuado. El aspecto más importante de este abastecimiento es la confiabilidad del suministro, ya que una interrupción de éste provoca problemas importantes, pese al carácter de seguridad intrínseca de los sistemas de señalización. Habitualmente el suministro eléctrico del sistema de señalización y del sistema de comunicaciones se efectúa en forma conjunta, ya que ambos sistemas están íntimamente relacionados. El abastecimiento en baja tensión a los equipos se efectúa en corriente alterna de 220 V o de 110 V, según el origen de la tecnología utilizada. Los equipos mismos son alimentados en forma muy variada; ya sea en los voltajes alternos básicos, o en corriente continua de 12 V a 24 V.

9.7.2

Abastecimiento del Sistema de Señalización El abastecimiento del sistema de señalización y comunicaciones se efectúa normalmente mediante una red de distribución independiente y exclusiva, en rangos bajos de la media tensión. El sistema de EFE, por ejemplo, se abastece mediante una red propia en 2.300 V y para el suministro eléctrico en terreno se instalan transformadores 2.300 V/220-110 V, de la potencia necesaria según los consumos requeridos. La red de distribución en media tensión puede no ser exclusiva. En el sistema proyectado para Merval, por ejemplo, esta red distribuye la energía en 12.000 V en todas las estaciones para todos los servicios auxiliares. De esta red de distribución se alimenta el sistema de señalización y comunicaciones (corrientes débiles) mediante transformadores 12.000 V/220-110V.

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Donde no existe una red de distribución del sistema de señalización, es posible alimentar el sistema de señales en forma directa desde la media tensión de las empresas distribuidoras en cada uno de los enclavamientos. Sin embargo esta última alternativa es poco confiable y una interrupción del suministro local puede provocar serios trastornos al sistema. La red de distribución se lleva normalmente por la postación de electrificación en los sectores electrificados, o en otra postación separada. En los sistemas modernos estas líneas suelen llevarse soterradas, ya sea en zanja o en ducto, por razones de seguridad. 9.7.3

Abastecimiento de la Red de Distribución Los ferrocarriles electrificados cuentan normalmente, por razones de seguridad, con un sistema propio de abastecimiento en media tensión, el que puede adoptar diversas modalidades. En el caso en que se cuenta con un sistema con un mayor grado de independencia, el sistema de media tensión se alimenta en alta tensión (110KV) en dos o tres puntos de la red pública, distribuyendo la energía para el sistema electrificado en una tensión media que varía entre 12.000 V y 33.000 V, dependiendo de la magnitud de los consumos, de la extensión geográfica del sistema y de otros aspectos propios de cada sistema. En este caso, el suministro para la red de distribución independiente de señalización se efectúa directamente desde el sistema de media tensión, normalmente en las subestaciones de rectificación, mediante transformadores dedicados. En caso que el ferrocarril no disponga de una red propia de media tensión, el sistema de tracción eléctrica se abastece de la media o alta tensión que entregan las empresas distribuidoras en las diferentes subestaciones de rectificación y la red de distribución del sistema de señalización se abastece directamente desde estas mismas conexiones. Este es el caso de la Red Sur de EFE, donde el sistema de abastecimiento de señalización, de 2.300 V se alimenta desde las conexiones de media o alta tensión de Chilectra y Endesa en las subestaciones de rectificación, mediante transformadores dedicados de 66.000/2.300 V.

9.7.4

Distribución en Baja Tensión La distribución en baja tensión para los equipos de señalización es normalmente soterrada, en ductos pertenecientes al sistema de señalización. En Chile no existe una normativa general para ductos ferroviarios, sino sólo algunas recomendaciones de los fabricantes de cables y alambres, sin embargo, la normativa utilizada por RENFE en España es aplicable en nuestro medio.

9.7.5

Equipos de Respaldo

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Los puestos de enclavamiento a todo relé deben contar con respaldo de baterías y sus respectivos cargadores. Los puestos de enclavamiento electrónicos (hardwaresoftware) deben contar con UPS de respaldo. Las baterías o las UPS no respaldan todo el sistema de señalización, sino que solo algunas de sus funciones. Cuando se interrumpe el suministro, no operan las máquinas de cambio, las señales se apagan y los circuitos de vía caen (indican vía ocupada). Sin embargo, hay funciones como el comando de las señales o la destrucción de rutas que para desenclavarse requieren de una sucesión de acontecimientos en forma cronológica. Si falla el suministro, todos los relés no basculadores caerían (se desenergizan sus bobinas) y al volver la energía puede caer un relé de comando de señal o destruirse una ruta sin haberse cumplido la sucesión de acontecimientos, vulnerando los principios de la seguridad intrínseca. Esto no reviste gravedad en interrupciones prolongadas, pero si puede ser peligrosa en interrupciones muy breves en el tiempo (parpadeos). Es por este motivo que algunos relés de línea son alimentados en corriente continua y su alimentación respaldada por baterías. Caso similar sucede con los enclavamientos electrónicos cuyo suministro es respaldado por UPS. Tratándose de zonas de maniobra complejas, como un terminal cabecera de red o patios industriales de cierta magnitud, es aconsejable disponer de un grupo electrógeno de capacidad suficiente para garantizar la operación de todo el sistema de señalización en caso de corte de la energía eléctrica. 9.8

Automatismos de Conducción

9.8.1

General Dentro del concepto Automatismos de Conducción se incluye la conducción protegida y la conducción totalmente automática. Estos automatismos de conducción están presentes en todo momento y en todo lugar del trazado durante la movilización de los trenes. Es por esto que los equipamientos de detención automática de los trenes frente al rebase de una señal normal (roja) o de la comprobación de velocidad mediante balizas asociadas a señales en aspecto amarillo previas a señales rojas no caen en el ámbito de los automatismos de conducción, pues se trata de automatismos que actúan solo en puntos bien precisos del trazado. Los automatismos de conducción se dividen en tres grupos: • • •

Automatic Train Proteccion (ATP) Automatic Train Operation (ATO) Automatic Train Control (ATC)

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9.8.2

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ATP El ATP es un sistema mediante el cual el maquinista conduce manualmente el tren, sin embargo permanentemente es supervigilada la velocidad a la que lo conduce. Mediante dos agujas en un cuadrante o en una pantalla ubicada en la consola de conducción, el maquinista permanentemente conoce cual es la velocidad autorizada en ese momento y ese lugar y además cual es la velocidad real que lleva su tren. Cada vez que el tren sobrepasa la velocidad autorizada, una indicación sonora lo conmina a reducir la velocidad del tren. Si después de pasado un tiempo (algunos segundos), la velocidad no es reducida a un valor inferior al autorizado, el sistema sanciona al maquinista deteniendo el tren en frenado de urgencia. El sistema ATP está diseñado de tal forma que la velocidad autorizada corresponde a la movilización de máxima eficiencia, máxima aceleración al inicio de la circulación, velocidades máximas de crucero permitidas y etapa de frenado solo desacelerando a la máxima desaceleración permitida (desaceleración de servicio). Para una desaceleración constante, en un gráfico espacio-velocidad la velocidad está representada por una parábola; la idea es que el tren sólo inicie el frenado cuando la línea horizontal que representa su velocidad de crucero corte la parábola y no antes. El sistema ATP tiene la gran virtud de que estando permanentemente vigilada la velocidad de circulación, la seguridad está totalmente garantizada. Sin embargo, tiene la desventaja de que el tren no es conducido en forma óptima. El sistema ATP recibe información desde tierra o desde el propio tren, la procesa y define la máxima velocidad en milisegundos. En cambio, el maquinista requiere de algunos segundos desde que observa la diferencia de velocidades (autorizada y real) hasta que acciona el manillar; todo esto siempre que esté permanentemente concentrado. En la conducción real, el maquinista para no verse abrumado por las indicaciones sonoras de sobrevelocidad, simplemente conducirá a bastante menor velocidad que la autorizada. Esto, representado en el gráfico espacio-velocidad muestra que la movilización del tren no es la óptima, lo que finalmente se traduce en mayores tiempos de recorrido. El ATP es un sistema concebido, diseñado y fabricado bajo los criterios de seguridad intrínseca (fail safe) y gran parte de sus funciones se apoyan en el sistema de señalización.

9.8.3

ATO El ATO es un sistema que automatiza totalmente la conducción, reemplaza la función del maquinista. El ATO es permanentemente supervigilado por el ATP. Las tecnologías modernas separan el ATP y el ATO como dos sistemas independientes, de tal forma que a través del desarrollo de un ferrocarril en una primera etapa se cuente sólo con ATP y posteriormente se instale el ATO. Por ser el ATO un equipamiento concebido en

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tecnología que no es de seguridad intrínseca, su costo es relativamente bastante menor que el ATP. A diferencia de la conducción manual protegida por el ATP, el ATO también recibe, procesa y ordena la máxima velocidad permitida del tren en milisegundos. De esta forma, en la práctica, las curvas velocidad-espacio que se logra con el ATO corresponden a las curvas de máxima eficiencia. 9.8.4

ATC El ATC se define como un sistema que comprende la señalización, el automatismo de conducción, el comando centralizado y los sistemas de supervisión de los equipos mismos, esta última para efectos de supervisión del mantenimiento.

9.8.5

Conducción Automática con Programa Implantado en la Vía Este sistema de conducción automática se basa en tecnología electrónica pura, no hace uso de software. Otra característica que lo diferencia de otros sistemas de conducción automática es que los conceptos ATP y ATO no están separados, conforman un solo equipamiento, obviamente concebido en seguridad intrínseca. En la vía, entre los rieles se implanta un cable denominado “programa” cuyas características de origen no pueden ser alteradas, a menos que se reemplace el programa en terreno. Se dispone de programas verdes, amarillos y rojos asociados a la velocidad autorizada en cada lugar y en todo momento. La activación o excitación de estos programas está asociada al enclavamiento de señalización en las zonas de maniobra y a la ocupación de los circuitos de vía en los blocks. Estos programas están tendidos o desarrollados a lo largo de todo el trazado del ferrocarril y normalmente hay varios programas superpuestos y traslapados en todo lugar. El programa utiliza como soporte un cable tendido a lo largo de la vía que tiene unas singularidades en su disposición, tal como se muestra en croquis adjunto.

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PROGRAMAS DE CONDUCCIÓN AUTOMATICA PROGRAMA VERDE

SINGULARIDADES

PROGRAMA ROJO

R

R

A

V

R

V

V

A

R

V

R

PROGRAMAS ALIMENTADOS

VERDE

AMARILLO

ROJO

VERDE

VERDE

AMARILLO

ROJO

VERDE

FIGURA 9-15

Los criterios de funcionalidad de este sistema se basan en principios muy simples, de ahí la eficiencia que demuestra en su operación. En estos programas, si las condiciones de seguridad así lo permiten, se inyecta una corriente de una determinada frecuencia que es inducida hacia el equipo a bordo, mediante captores ubicados en la parte baja del tren. La falta de esta frecuencia implica frenado de urgencia del tren. En presencia de la frecuencia, el tren está autorizado a soltar los frenos y circular. El cable programa dispone de singularidades que consisten en un tendido perpendicular a la vía dispuesto en forma de una letra S. A bordo del tren, los captores disponen de bobinas destinadas a captar la frecuencia de la corriente que circula por el cable y otras bobinas que sólo son excitadas por la frecuencia de la corriente que circula perpendicular a la vía por las singularidades. Para simplificar el texto, en adelante la presencia de la frecuencia en el programa se denominará referencia “R” y la presencia de las singularidades “S”. El tren circulando capta permanentemente R y eventualmente S. Si no hay R el tren frena de urgencia. Si hay R el tren circula y periódicamente capta S. El principio de conducción automático se basa en que el tren debe emplear un tiempo fijo entre el paso por dos S. Si se ordena que el tren circule rápido, se energiza un programa cuyas S están muy separadas entre si (programa verde). Si se ordena que el tren debe detenerse se energiza un programa cuyas S cada vez están más cerca a medida que el tren avanza y finalmente el programa se interrumpe y al perder R el tren se detiene en frenado de urgencia. El equipo embarcado dispone de una rueda dentada asociada a un eje (rueda fónica) cuyos dientes pasan frente a un captor que emite una señal ante el reconocimiento de cada diente. De acuerdo al valor de la frecuencia de esta señal, el sistema determina en cada instante la velocidad del tren. También, según la

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variación de esta velocidad en el tiempo, el sistema determina el valor de la aceleración o desaceleración. A modo de ejemplo y en forma arbitraria se fijan ciertos valores para describir el criterio de funcionamiento. Tiempo a emplear en el recorrido entre dos S = 500 ms Tiempo empleado 498 a 502 ms 502 a 507 ms 507 a 517 ms 517 a 527 ms 527 a 547 ms más de 547 ms 493 a 498 ms 488 a 498 ms 478 a 488 ms 458 a 478 ms menos de 458 ms

Comando de conducción marcha a la vela grado de tracción 1 grado de tracción 2 grado de tracción 3 grado de tracción 4 grado de tracción 5 grado de frenado 1 grado de frenado 2 grado de frenado 3 grado de frenado 4 frenado de urgencia

El sistema cuando comanda algún grado de tracción o frenado, persigue que el tren adquiera una cierta aceleración, grado de aceleración que comprueba mediante la información que le envía la rueda fónica. Si la aceleración real difiere de la teórica asumida por el sistema, éste procede a efectuar las correcciones finas pertinentes. Este aspecto es muy importante en el caso de los programas rojos de detención, pues si no fuese así, al calibrar el sistema para un tren vacío, cuando esté repleto de pasajeros, tendría un frenado largo y sobrepasaría el punto de detención y a la inversa tendría un frenado corto. Este sistema de conducción automática considera la necesidad de contar con una sección libre (sección tapón) entre dos trenes en el block, en consecuencia detrás de cada tren siempre hay dos señales rojas y entre estas dos señales no hay alimentado ningún programa. La seguridad de los programas propiamente tal se basa en que la no excitación de éstos mantiene los trenes en frenado de urgencia. Además, si se presentara el improbable caso de que dos programas estén excitados simultáneamente en un mismo tramo (uno rojo y otro verde), desde el punto de vista del captor se detectan las S del programa rojo más las S del programa verde lo que implica captar un programa rojo recargado adicionalmente con más S. En consecuencia, si hay dos programas alimentados simultáneamente, el sistema considerará al conjunto como un programa aún más restrictivo que el más restrictivo de los dos. Este sistema permite variar las velocidades de los trenes variando la frecuencia de la referencia R simultáneamente en toda la red, por ejemplo, para hora valle, hora media y hora punta. Sin embargo esta variación de la frecuencia influye sólo en los comandos de tracción, pues la frecuencia empleada en los comandos de frenado es absoluta y proviene de un oscilador instalado a bordo del tren. MIDEPLAN - SECTRA

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La gran limitación que presenta este sistema es que sólo es compatible con ferrocarriles cuyas vías están confinadas, pues los programas instalados en la vía entre los rieles son físicamente muy frágiles y no resisten el vandalismo o la intervención de terceros. 9.9

Cables y Canalizaciones

9.9.1

General El término genérico “cables” comprende en este documento los siguientes materiales: (a)

Cables Primarios

Son los cables formados por conductores individuales unifilares (alambre) de cobre forrados cada uno con un revestimiento aislante. Un conjunto de estos alambres, cuya cantidad es variable, dispuestos de manera conveniente según normas de fabricación forman un helicoide que tiene un revestimiento común a todo el conjunto. Este revestimiento exterior presenta características de aislación y de resistencia a la agresión física externa.

FIGURA 9-16

(b)

Cables Secundarios

Son los cables formados por conductores individuales unifilares (rígido) de cobre o por conductores individuales compuestos por varias hebras (flexibles) de cobre, forrados con un revestimiento aislante.

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Los cables primarios se emplean en los tendidos comprendidos entre los enclavamientos y las cajas de ubicación o entre cajas de ubicación. Los cables secundarios se emplean en los tendidos entre cajas de ubicación y los equipamientos en la vía, tales como: • • • • • • 9.9.2

-Circuitos de vía -Máquinas de cambio -Cerraduras eléctricas de cambios -Detectores de posición de agujas -Señales principales -Señales auxiliares

Características de los Cables Los características de los cables se definen normalmente en las especificaciones técnicas de llamados a propuesta. Sin embargo, el calibre o sección de los diferentes conductores es conveniente que lo defina el proveedor y/o fabricante, pues dependerá de las tensiones usadas, consumos de los diferentes equipos de señalización y distancia entre cajas de ubicación o longitud de los tendidos de cables primarios. En caso de que las secciones de los cables deban ser definidas en las especificaciones técnicas, el calibre recomendable es el siguiente: •

Conexión entre caja de ubicación y vías (circuito de vía), con cable monoconductor Nº 8 AWG de 7 hebras.

•

Conexión entre caja de ubicación y equipos en la vía sometidos a pequeños desplazamientos, pero frecuentes, tales como máquinas de cambio, cerraduras eléctricas y detectores con cable monocondutor Nº 14 AWG de 7 hebras.

•

Conexión entre caja de ubicación y equipos en la vía no sometidos a desplazamientos, como señales principales y señales auxiliares con cable monoconductor unifilar Nº 14 AWG.

•

Alimentaciones entre cajas de ubicación, con cable monoconductor unifilar Nº 8 AWG.

•

Alambrado interior de cajas de ubicación, se diseñará con los siguientes cables monoconductores: o o o o

14 AWG, unifilar 14 AWG de 7 hebras 16 AWG de 19 hebras 20 AWG de 19 hebras

La aislación de los cables monoconductores para alambrado interno de cajas de ubicación será para 600 V, 90º C, de PVC o polietileno reticulado, según normas AAR part 10.3.21 y part 10.3.22.

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La aislación de los cables monoconductores para alambrado de equipos externos a las cajas de ubicación será para 1000 V, 90º C neopreno según norma AAR part 10.3.20. Los cables primarios multiconductores (5, 7, 9, 12, 19, 27 ó 37 conductores), estarán conformados por cables monoconductores unifilares Nº 14 AWG. La aislación y fabricación de los cables multiconductores será la que indica la norma AAR part 10.3.20 y 10.3.22. Se empleará etiquetas tubulares, una en cada extremo de cada conductor, para su identificación. La identificación de los conductores será mediante números. Para el caso de instalaciones subterráneas (túneles), las aislaciones de todos los cables no contendrán halógenos ni serán propagadoras de incendios. Además, deberán garantizar la generación de perjuicio mínimo producto del humo ocasionado en caso de incendio. No debe aceptarse el tendido de cables aéreos; en consecuencia todos los tendidos de cables entre cajas de ubicación y éstas y los equipos en terreno serán mediante ductos o canalizaciones subterráneas. Para las canalizaciones entre las cajas de ubicación y éstas y el enclavamiento se aceptará canalizaciones de PVC. En el caso de túnel, los cables se tenderán en bandejas de acero galvanizado. Para las canalizaciones entre las cajas de ubicación y los equipamientos en terreno, vale decir, circuitos de vía, máquinas de cambio, cerraduras eléctricas, detectores de posición de agujas, señales principales y señales auxiliares, sólo deberá aceptarse canalizaciones en cañería de acero galvanizado o conduit. Como norma general, el mandante no deberá aceptar el alambrado de circuitos o el tendido de cables sin previa aprobación de la canalización respectiva. Las cañerías o conduit deberán doblarse exclusivamente con curvadoras hidráulicas y todas las curvas deberán presentar una superficie pareja y libre de hendiduras. En los extremos de los ductos se deberá eliminar toda rebaba o elemento cortante que puede destruir o debilitar la aislación de los conductores. La entrada a cajas o bastidores, cuando éstas no tengan unión roscada, deberá terminar en tuerca exterior, contratuerca y boquilla interior. Las uniones entre conductos deberán efectuarse con coplas galvanizadas con hilo pasado. Cuando se deba confeccionar hilo en terreno, las uniones deberán protegerse con pintura anticorrosiva. Los extremos de los ductos en las coplas deberán quedar de tope. El proyectista deberá aumentar el diámetro de las canalizaciones si, a su juicio, no tienen la sección suficiente que permita el paso holgado de los cables en su interior. 9.9.3

Instalación o Tendido de los Cables Criterios recomendados: MIDEPLAN - SECTRA

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(a) Fuerza de arrastre máxima

T = 7×n× A

T: A:

n:

fuerza permisible de arrastre en Kg sección del conductor en mm2 número de conductores del cable

(b) Radio mínimo de curvatura

R = K ×d

R: K: D:

radio de curvatura mínimo constante diámetro exterior del cable en mm.

K=4 K=5 K=6 K=8

para cables de hasta 25 mm para cables de 25 a 50 mm para cables sobre 50 mm para cables con pantalla K=12 para cables armados (c) Congestión

Rg =

Rg: D: n1…ni d1…di

3D ∑ ni × d i razón de congestión diámetro interno del ducto o conduit cantidad de cables tipo 1…….i diámetro exterior de cables tipo 1……i

Rg debe ser igual o mayor que 2,9

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FIGURA 9-17

9.10

Evaluación de Elementos Existentes Para evaluar la posibilidad de utilizar elementos de señalización existentes en mejoramientos, ampliaciones, renovaciones, modernizaciones o nuevas instalaciones es conveniente dividir el análisis desde dos puntos de vista, instalaciones completas y subsistemas o equipamiento en particular.

9.10.1

Instalaciones Completas

9.10.1.1 Enclavamientos mecánicos con palanca grande o palanca chica asociadas a enclavamiento a todo relé y comando de cambios con máquina de cambio eléctrica y/o barras de transmisión mecánicas. Para este tipo de instalación no procede el mejoramiento, ampliación, renovación o modernización, sino el reemplazo total. Todo esto por problemas de obsolescencia. En caso de pretender asociar esta instalación a un puesto de maniobra vecino o a un C.T.C., con una adecuada interface sólo podría contarse con el control de circuitos de vía, posición de los cambios y aspectos de las señales. Sin embargo, siempre se requerirá la presencia de un movilizador para comandar los cambios y las señales. 9.10.1.2 Enclavamientos eléctricos a todo relé y comando de cambios y señales mediante perillas. En este tipo de instalación puede convenir efectuar mejoramientos en caso que se encuentren muy deterioradas debido a un inadecuado mantenimiento, ampliaciones, renovaciones y modernizaciones, pues además con una adecuada interface puede lograrse el comando y control de los equipos en terreno desde un C.T.C.

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En la decisión debe pesar la antigüedad de la instalación así como el estado de los equipos principales. 9.10.1.3 Enclavamientos electrónicos (hardware-software). Este tipo de instalación es el que mejor se presta a modificaciones, mejoramientos y modernizaciones, pues algunas modificaciones del enclavamiento se pueden efectuar simplemente con modificaciones de software. Modificaciones de cierta importancia o ampliaciones del enclavamiento se logran agregando nuevas tarjetas electrónicas en los bastidores del equipo y además con modificación del software. Estos equipos son siempre aptos para conectarse a un C.T.C y normalmente así lo están. En consecuencia, la decisión de modificar, mejorar o modificar recae en el estado de la instalación en terreno. Un aspecto que no debe perderse de vista es que si el administrador del ferrocarril no cuenta en su organización con personal idóneo, deberá recurrir al proveedor para las modificaciones del software, servicio que puede resultar oneroso. 9.10.2

Subsistemas o Equipamiento en Particular

9.10.2.1 Circuitos de Vía En el caso de circuitos de vía de corriente alterna, debido a que su principio de funcionamiento es muy simple, sus componentes en general son muy robustos y de larga vida. En consecuencia siempre son aprovechables para ser reinstalados en otras instalaciones. Particularmente, son reutilizables: • • • • • •

Transformadores de alimentación Resistencias limitadoras de corriente de alimentación Portafusibles Impedancias Transformadores elevadores Relés de vía

En el caso de circuitos de vía de impulsos de tensión elevada (ITE) o de circuitos de vía de audio frecuencia (AFO), debido a que estos equipamientos involucran electrónica, siendo robustos no lo son tanto como los del caso anterior. Después de una evaluación de su estado, son susceptibles de reutilizar: o o o o o

Unidad de alimentación regulada (I.T.E.) Emisor (ITE y AFO) Receptor (ITE y AFO) Relé de vía (ITE y AFO) Impedancias (ITE)

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9.10.2.2 Máquinas de Cambio En general este equipamiento es muy robusto, sin embargo por contar con componentes mecánicos móviles (engranajes, rodamientos, bujes, piñones, motor eléctrico, levas, pasadores, contactores con contactos fijos y móviles, sinfines), sus óptimas condiciones de funcionamiento en el tiempo están directamente asociadas a la calidad de mantenimiento programado que se le efectúe (mediciones, calibraciones, regulaciones y fundamentalmente adecuada lubricación). Después de una evaluación de su estado, son reutilizables: • • • • •

Placa de trocha con su aislación Tirantes con sus aislaciones Máquinas de cambio Relés de comando Relés de control

En el caso de máquinas de cambio neumáticas, normalmente asociadas a una planta centralizada de la zona de maniobras para la compresión de aire y su almacenamiento en estanques o en el caso de máquinas electrohidráulicas, la tendencia actual es evitar el empleo de estos equipos por las razones que se expone. TABLA 9-3 Tecnología de Máquinas de Cambio Motorización Tecnología que implica

Eléctrica Eléctrica mecánica

Hidráulica Neumática y Eléctrica, hidráulica Eléctrica, neumática y mecánica y mecánica -Desregulación -Fugas de líquido hidráulico -Ingreso de aire en circuito hidráulico

-Desregulación -Fugas de aire en válvulas -Fugas de aire en red de distribución

Mantenimiento Ajustes mecánicos Ajustes mecánicos, y lubricación en la lubricación, máquina misma eliminación de fugas y purga de circuito hidráulico en la máquina misma

Ajustes mecánicos, lubricación, eliminación de fugas de circuito neumática en la máquina misma -Eliminación de fugas en red neumática -Mantenimiento planta de aire comprimido.

Puntos débiles Desregulación

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9.10.2.3 Cerraduras y Chapas Las cerraduras eléctricas, que autorizan la liberación de un cambio desde su posición normal con la presencia del comando eléctrico proveniente del enclavamiento, permiten operar manualmente las agujas al pie del cambio. Estos equipos son robustos, muy simples y de operación eventual, por lo tanto siempre son reutilizables: • • •

Cerradura eléctrica Tirantes con sus aislaciones Detector de posición de agujas

Las chapas tipo Hepper que permiten liberar una llave en el enclavamiento y las chapas tipo Anett que reciben esta llave al pie del cambio para poder operarla, o también dispuestas en cascada para operar los dos cambios de un enlace, son siempre reutilizables. 9.10.2.4 Señales Los postes, consolas, pantallas y viseras de las señales son siempre reutilizables. Las señales propiamente tales son siempre de constitución muy robusta, fundición de hierro o de aluminio. Sin embargo, su sistema óptico es delicado. Las lentes exterior transparente e interior de color y el portalámparas son muy vulnerables al vandalismo. Sin embargo la administración siempre cuenta con estos elementos en su parque de repuestos y últimamente los lentes de vidrio se han reemplazado por lentes de policarbonato u otro material antivandalismo. En general, las señales son siempre reutilizables, ya sean éstas principales o de maniobra, incluidos sus transformadores de alumbrado. 9.10.2.5 Relés En el caso de las zonas de maniobras con enclavamiento a todo relé, dependiendo de sus años en operación, los relés son reutilizables en conjunto con sus bases. La administración debe solamente adquirir los contactos enchufables respectivos para poder incluir estos relés en nuevos circuitos. Esto es válido tanto para los relés ubicados en el enclavamiento propiamente tal, como para los relés ubicados en las cajas de ubicación en terreno. 9.10.2.6 Transformadores de Alimentación Los transformadores 2300 V/110V o 2300/220V empleados para la alimentación del sistema de señalización, son prácticamente siempre reutilizables.

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9.10.2.7 Cajas de ubicación y Cajas Terminales de Cables Estas cajas constituidas por chapa de acero son muy vulnerables a los agentes atmosféricos (oxidación) y la ubicación modular de las barras y agujereaduras de sus bastidores ya no se presta a los equipos de tecnologías modernas. Es por este motivo que, a menos que se trate de ampliar una instalación existente, es dudosa la posibilidad de reutilizar las cajas de ubicación. En cuanto a las cajas terminales de cables que al momento de instalarlas se debe soldar en su parte superior cañerías a las que se les ha practicado curvaturas (cachimbas) para recibir los cables primarios aéreos, es poco probable que puedan corresponder a la cantidad de cables y su número de conductores en una nueva instalación. Por lo tanto no son reutilizables. 9.10.2.8 Cables Se debe distinguir entre cables primarios que son los que están tendidos entre el enclavamiento y las cajas de ubicación o entre cajas de ubicación y los cables secundarios que están tendidos entre cajas de ubicación y los equipos en terreno. En el caso de cables primarios aéreos o subterráneos, se estima que pueden ser reutilizados si cumplen los siguientes requisitos: • • • • • •

No más de 10 años en servicio Comprobación de la conductividad de cada conductor Pasar la prueba de aislación (matriz de aislación de cada conductor con todos los demás) de al menos 150 Megohm, medida con instrumento Megger de 1.000V. Verificación visual de que los cables no hayan sufrido aplastamientos, cortes o tengan daño evidente en su cubierta protectora externa. En el caso de los cables aéreos, verificar que no tengan muestras de haber estado expuestos al fuego o quema de malezas, arbustos o zarzamoras. Que sean recuperados enrollándolos en carretes que tengan una curvatura mayor que la mínima a que puede ser sometido el cable según norma del fabricante.

En el caso de los cables secundarios, que normalmente corresponden a conductores individuales formados por un solo hilo o por un conjunto de hebras, debe hacerse inspecciones visuales para cada trozo una vez retirado en el lugar de acopio.

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9.11

Normas

9.11.1

Empresa de los Ferrocarriles del Estado EFE

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NSF-41-001 Norma de Seguridad de Señalización 9.11.2

IEC-Comisión Electrotécnica Internacional IEC 22 IEC 25

Equipos de Tecnología de la información. Características de las perturbaciones radioeléctricas. Límites y Métodos de medida. Límites y métodos de medida de características de las perturbaciones radio eléctricas para la protección de los receptores utilizados a bordo de vehículos.

IEC 60050-Vocabulario Electrónico Internacional IEC-60050-351 Control Automático IEC-60050-371 Telecontrol IEC-60050-446 Relés Eléctricos IEC-60050-705 Propagación de ondas de radio IEC-60050-712 Antenas IEC-60050-713 Radiocomunicaciones, transmisores, receptores, redes y operación. IEC-60050-731 Comunicaciones con fibra óptica IEC-60050-821 Aparatos de señalización y seguridad para ferrocarriles IEC-60068-Ensayos Ambientales IEC-60068-2-6 Vibración IEC-60068-2-14 Variación de Temperatura IEC-60068-2-17 Estanqueidad IEC-60068-2-47 Montaje de componentes, equipos y otros objetos para ensayos de vibración, impacto y otros ensayos dinámicos similares. IEC-60068-2-68 Polvo y arena IEC-60068-3-3 Métodos de ensayos sísmicos aplicables a equipos. IEC-60073 Principios básicos de seguridad para la interfaz hombre-máquina. 9.11.3

AAR-Association of American Railroads Signal Section Part 1 Relé Temporizado. Part 5 Sistema de block automático. Part 8 Circuitos de Vía. Part 10 Cables de señalización Part 12 Unidad luminosa (linterna) para señal. Part 21 Campana de cruce a nivel. Part 22 Impedancia de circuito de vía. Part 34 Señalización de block automático. Part 44 Símbolos en cruces a nivel. MIDEPLAN - SECTRA

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Part 49 Part 53 Part 54 Part 55 Part 59 Part 67 Part 77 Part 83 Part 85 Part 86 Part 87 Part 91 Part 93 Part 94 Part 98 Part 101 Part 102 Part 104 Part 109 Part 116 Part 120 Part 122 Part 124 Part 126 Part 133 Part 137 Part 138 Part 143 Part 146 Part 148 Part 150 Part 161 Part 166 Part 176 Part 178 Part 186 Part 187 Part 190 Part 194 Part 199 Part 210 Part 211 Part 212 Part 213 Part 222 Part 228 Part 237 Part 263

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Controladores de máquina de cambio. Relé de transferencia de potencia. Señales luminosas. Términos técnicos empleados en señalización. Circuitos de vía. Impedancia de circuito de vía. Relé neutro, enchufable, corriente continua.. Enclavamientos y comando de tráfico centralizado. Enclavamiento eléctrico Comando de tráfico centralizado Señalización de block automático. Lamparillas incandescentes Señal Luminosa Enclavamientos Máquinas de cambio. Relé neutro. Sistema de señalización de block automático. Máquina de cambio eléctrica. Enclavamiento de máquina de cambio eléctrica. Montaje y test de ferreterías aisladas en vías. Lamparillas incandescentes. Relé de inducción, corriente alterna. Relés de corriente alterna. Relés de corriente continúa. Eclisas aisladas. Relé polarizado, corriente alterna. Enclavamientos. Relé destellante. Señales luminosas de doble lente. Señales y aparatos para cruces a nivel. Protecciones de cruces a nivel automático. Circuitos de vía de corriente alterna. Unidad de señal luminosa para cruces a nivel. Alambres (conductores eléctricos). Fabricación de aislación para partes de la vía. Cables (alambres) aislados. Inspección y pruebas de instalaciones de señalización antes de la puesta en servicio. Alambres y Cables. Mecanismo con motor eléctrico y barrera para cruce a nivel. Enclavamiento eléctrico. Conexiones inductivas (impedancias). Cerrojos eléctricos aplicados a la operación manual de cambios para proteger movimientos de trenes en las vías principales. Unidades decodificadoras. Circuitos de vía resonantes codificados. Impedancias. Relé neutro no vital, corriente continua. Indicadores y signos luminosos. Señal luminosa para cruce con barreras. MIDEPLAN - SECTRA

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RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

Part 268 Part 271 Part 272 Part 275 Part 279 9.11.4

Enfoque de señales luminosas en cruces a nivel. Términos electrónicos y símbolos empleados en señalización. Control automático de cruces a nivel, señales y aparatos. Equipos electrónicos y componentes. Alambres aislados.

AREMA-Communications and Signals Manual Part 1.1.1 Part 2.2.10 Part 2.2.11 Part 2.2.12 Part 2.2.15 Part 2.4.5 Part 6.2 Part 6.3 Part 7.1 Part 7.2 Part 7.3 Part 8.2 Part 8.3 Part 8.4.5 Part 8.5 Part 9.1 Part 9.2 Part 10.3 Part 11.3 Part 12.1 Part 12.2 Part 16.1 Part 16.2 Part 16.3 Part 16.4 Part 16.5 Part 16.6

Definiciones recomendadas para los términos técnicos empleados en señalización ferroviaria. Recomendaciones funcionales y operativas para enclavamientos. Recomendaciones funcionales y operativas para señalización de block automático. Recomendaciones funcionales y operativas para enclavamientos basados en software vital. Recomendaciones funcionales y operativas para sistemas de control de tráfico. Instrucciones recomendadas para enclavamiento eléctrico. Relés vitales enchufables recomendados. Relés no vitales recomendados. Unidades de señales recomendadas. Estructuras de señales recomendadas. Indicaciones luminosas recomendadas. Circuitos de vía de audiofrecuencia recomendados. Circuitos de vía de codificados recomendados. Criterios de diseño recomendados para impedancias. Instrucciones recomendadas para fabricación de ferreterías aisladas. Baterías recomendadas. Cargadores de baterías recomendadas. Alambres y cables conductores recomendados. Recomendaciones para puesta a tierra y protección contra sobretensiones y descargas atmosféricas. Recomendaciones generales para aparatos de cambio, controladores. Recomendaciones generales para máquinas de cambio. Nomenclatura recomendada. Símbolos recomendados. Diseño general recomendado. Circuitos recomendados para enclavamientos y control de máquinas de cambio. Circuitos para señales automáticas recomendadas. Circuitos recomendados para máquinas de cambio.

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9.11.5

AFNOR-Asociación Francesa de Normalización NFC86-503 NFC86-505 NFEN 61000-4-27 NFEN 61000-4-28 NFEN 61000-4-29

UTEC93-404 L1 UTEC93-404 L3 NFF55-624 NFF63-809 NFX02-205 X60-314 X60-510 ISO 31-5 9.11.6

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Componentes electrónicos, sistema CENELEC de control de calidad. Componentes electrónicos, sistema CENELEC de control de calidad. Compatibilidad electromagnética, técnicas de ensayo y medida, ensayos de inmunidad a los desequilibrios. Compatibilidad electromagnética, técnicas de ensayo y medida, ensayos de inmunidad a la variación de frecuencia de alimentación. Compatibilidad electromagnética, técnicas de ensayo y medida, ensayos de inmunidad a las sobretensiones, interrupciones breves y variaciones de tensión sobre las alimentaciones. Componentes electrónicos, resumen de especificaciones particulares Componentes electrónicos, resumen de especificaciones particulares. Instalaciones fijas ferroviarias, cables sin halógenos para trazados subterráneos. Material rodante ferroviario, conductores y cables eléctricos débilmente halogenados con aislaciones y protecciones de poco espesor. Dimensiones y unidades en electricidad y magnetismo. Guía de mantenimiento de material, ensayos para diagnóstico. Técnicas de análisis de la fiabilidad de los sistemas, procedimientos de análisis de los modos de degradación y de sus defectos. Dimensiones y unidades, Parte 5: Electricidad y magnetismo.

Normas RENFE 03.432.800 03.432.806 03.432.810

Explotación y Seguridad de Enclavamientos Eléctricos Explotación y Seguridad de Bloqueos Automáticos Explotación y Seguridad en los Sistemas de Bloqueo Eléctrico en Vía Única Norma de Explotación de los Sistemas Videográficos IT 2 Normas de Mantenimiento de Señales Luminosas IT 9 Regulación de Circuitos de Vía Electrónicos tipo Marconi IT 20 Regulación de Circuitos de Vía tipo Ericsson IT 27 Instrucción Técnica para la Regulación de Circuitos de Vía tipo SICE IT 32 Instrucción Técnica para Montaje y Mantenimiento de Circuitos de Vía a Impulsos de Tensión Elevada JeumontSchneider IT 37 Instrucción Técnica de Instalaciones de Seguridad Ajuste y Mantenimiento de Circuitos de Vía de Audiofrecuencia FTGS Recomendaciones Funcionales y Técnicas para Sistemas de Control de Tráfico Centralizado CTC MIDEPLAN - SECTRA

RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

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Bibliografía 1. Elements of Railway Signaling General Railway Signal, USA, 1979 2. Tratado de Ferrocarriles Tomo II: Ingeniería Civil e Instalaciones Fernando Olivera Rives, Manuel Rodríguez Méndez, Manuel Megía Puente, España, 1979 3. Apuntes de Clase de la Cátedra de Ferrocarriles José Manuel García Díaz de Villegas, Universidad de Cantabria, España 1998 4. Apuntes de Curso de Formación en Corrientes Débiles de la RATP, Francia Jean Milon, 1975

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