¿Cómo funciona un pantógrafo en un tren?

Probablemente hayas visto el cable aéreo en las líneas de lluvia y te hayas preguntado, ¿cómo funciona un pantógrafo en un tren?

El pantógrafo transmite la electricidad que impulsa algunos de nuestros trenes eléctricos. Siga leyendo para conocer los principios de funcionamiento de este innovador sistema.

El tren eléctrico fue un bienvenido sustituto de los costosos trenes de vapor. Esta nueva tecnología proporcionó mayores eficiencias térmicas a los motores de vapor y de combustión interna.

Por tanto, no fue sorprendente presenciar la adopción gradual del transporte ferroviario.

Con una creciente demanda de mantenimiento y tiempos de inactividad regulares, las corporaciones ferroviarias comenzaron a adoptar el ingenio del pantógrafo y ofrecieron el tercer sistema ferroviario.

Posteriormente aprenderemos todo sobre el funcionamiento del pantógrafo en un tren.

El tren eléctrico moderno se alimenta de líneas aéreas, de un tercer carril o de baterías a bordo. Este sistema no cubre los motores diésel-eléctricos o de turbina de gas que llevan a bordo motores primarios como turbinas de gas o motores diésel.

Los trenes eléctricos funcionan con generadores o motores eléctricos. Este equipo requiere electricidad para obtener la energía necesaria para mover el tren.

Surgieron varias innovaciones para suministrar energía eléctrica a estos motores, incluidas las líneas aéreas y el sistema del tercer carril.

Los sistemas ferroviarios modernos adoptaron trenes eléctricos para cambiar a energías más limpias y eliminar el alto costo operativo de los motores de vapor y de combustión interna.

Como resultado, recurrieron a motores eléctricos más eficientes, que a menudo tienen eficiencias superiores al 90%.

Además, permitió una mayor eficiencia con el frenado regenerativo, devolviendo la energía cinética durante el frenado en la línea. Los trenes eléctricos pueden consumir más energía que las locomotoras diésel porque la obtienen de centrales eléctricas más grandes.

Estos trenes necesitan equipos para aprovechar la energía de las líneas aéreas. Por lo tanto, pueden utilizar pantógrafos o un tercer carril para aprovechar la energía eléctrica.

En ocasiones, pueden contar con sistemas de almacenamiento de energía recargables como baterías y ultracondensadores.

El pantógrafo permanece en el techo del tren y se aferra al cable aéreo para recibir energía eléctrica. El tren utiliza la energía para impulsar los motores eléctricos, impulsándose hacia adelante.

Con la información hasta ahora, creo que ya tienes un conocimiento bastante claro de cómo funciona un pantógrafo en un tren. A continuación, veamos qué componentes componen un pantógrafo típico.

Para alimentar trenes eléctricos con baterías se necesitarán paquetes de baterías importantes. Este sistema será costoso, pero también limitará la distancia máxima.

Como resultado, el ferrocarril moderno requería un plan para proporcionar un suministro eléctrico constante con el voltaje adecuado.

Los ingenieros desarrollaron el sistema aéreo que implicaba pasar un cable a lo largo de la línea ferroviaria. Este cable, sostenido por una catenaria, cubriría las necesidades actuales del tren. Sin embargo, el tren tuvo que aprovechar esta energía de la catenaria.

El pantógrafo es el dispositivo que toma corriente de la línea aérea para alimentar el tren eléctrico. Permanece en contacto constante con la línea durante todo el viaje.

Posteriormente sabrás cómo se adapta a los desniveles verticales entre la línea y el tren.

El pantógrafo recoge una corriente eléctrica para alimentar varias unidades eléctricas o un tren eléctrico. Tiene un diseño que le permite entrar en contacto con un cable aéreo electrificado llamado, y esta conexión le permite transmitir la energía a los componentes necesarios sin problemas.

Los pantógrafos se presentan en diversas formas y tamaños, dependiendo de las necesidades de potencia o de la velocidad del tren.

Otros factores que influyen en el tipo de pantógrafo utilizado son el conjunto de trenes y los sistemas de suministro de energía. Sin embargo, tienen los mismos componentes esenciales.

Antes de responder claramente a la pregunta, debemos comprender los componentes; ¿Cómo funciona un pantógrafo en un tren? Los componentes clave son los brazos inferior y superior y, en esencia, forman las conexiones más importantes del pantógrafo.

Todas las demás partes se unen a través de los brazos superior e inferior. El brazo inferior gira verticalmente contra el techo del carruaje y se conecta con el brazo superior. Como resultado, forma una conexión para transmitir la energía eléctrica desde la línea aérea.

El brazo superior se conecta al cabezal o bandeja colectora, que es la única parte que toca el captador de alambre. En el cabezal encontrarás tiras de carbono metalizado que recogen la energía eléctrica y la transmiten por el pantógrafo.

Otros componentes del pantógrafo son el bastidor base, el muelle real con yugo, la tira de contacto y la barra de equilibrio. En la base se encuentra el dispositivo de elevación que regula el movimiento hacia arriba y hacia abajo del sistema.

Además, los aisladores en la base evitan la fuga de corriente eléctrica a la carrocería del tren. También sostienen toda la estructura, proporcionando una base sólida.

Los pantógrafos funcionan como varillas móviles para recoger energía del cable aéreo. El aire comprimido del sistema de frenos controla el movimiento de este mecanismo.

Las funciones simples del pantógrafo incluyen:

El pantógrafo pasa por el colector o receptor de corriente en algunos casos.

El sistema de transmisión eléctrica de los trenes eléctricos modernos consta de un cable superior que soporta peso (la catenaria). El hilo de contacto se suspende con precisión de la catenaria mediante el uso inteligente de goteros.

Un funcionamiento eficiente exige que el cable de contacto permanezca lo más horizontal posible. Para lograr esto, los ingenieros deben determinar la longitud correcta de los goteros en diferentes lugares de la línea ferroviaria.

El pantógrafo empuja una zapata de contacto contra la parte inferior del cable de contacto para aprovechar la electricidad que necesita el tren.

Un mecanismo accionado por resorte controla todo el movimiento del pantógrafo. Además, los carriles de acero de las vías actúan como retorno para completar el circuito.

A medida que el tren avanza, el espectáculo de contactos se desliza a lo largo del cable. Se debe tener cuidado porque este movimiento puede generar ondas acústicas estacionarias en los cables, rompiendo el contacto y degradando la corriente. Básicamente, el uso de pantógrafos adyacentes es perjudicial y está prohibido.

El aire comprimido del sistema de frenos del tren eleva el pantógrafo y lo mantiene contra el cable de contacto.

En algunos casos, los resortes trabajan con el aire para subir y bajar los brazos. Sin embargo, el sistema necesita un pestillo para sujetar el brazo cuando está bajado.

Los sistemas de alto voltaje utilizan el mismo suministro de aire para apagar el arco eléctrico en los casos que involucran disyuntores montados en el techo.

El entorno de uso de los pantógrafos sigue cambiando a medida que el tren pasa por diferentes entornos. Este cambio ocurre debido a la velocidad del tren y las condiciones climáticas.

Como resultado, necesitan mantener un contacto constante durante todo el viaje. Los pantógrafos deben recoger una cantidad estable de electricidad sin dañar la catenaria.

Los expertos desarrollaron diferentes tipos de este dispositivo para adaptarse a distintos escenarios en el transporte ferroviario. A continuación se detallan los diferentes tipos de pantógrafos:

Basado en la construcción del brazo.

Un pantógrafo de un solo brazo toma poca energía de la línea aérea y se conecta con un sistema aéreo de CA monofásico. Además, el brazo en forma de Z define comúnmente a este tipo de pantógrafo y, hoy en día, es el tipo más popular utilizado en los trenes.

Los pantógrafos de doble brazo no pueden funcionar sin el sistema de alimentación de CA trifásico y consumen mucha energía para impulsar el tren a altas velocidades. Además, encontrarás este tipo de pantógrafo con forma de diamante, a diferencia de la forma de Z del brazo único.

Los pantógrafos de doble brazo tienen más peso y requieren más potencia para subir y bajar los brazos. Sin embargo, son más tolerantes a fallos que los de un solo brazo.

Basado en la velocidad de operación

Basado en las capas del marco.

Basado en el funcionamiento del resorte.

Respondiendo a la pregunta ¿cómo funciona un pantógrafo en un tren? No estará completo si no conocemos estos casos inclinados excepcionales.

Hay toneladas de trenes de pasajeros en todo el mundo, pero otros transportan mercancías en lugar de pasajeros. Tenemos casos excepcionales en los que una excavadora carga productos sobre las plataformas del autocar.

Este tipo es común en entornos mineros donde los trenes mueven las materias primas desde el sitio minero hasta las instalaciones de procesamiento.

Incluso podría ocurrir dentro de las minas si las carretas mineras utilizan pantógrafos. Operar un equipo de carga aérea en presencia de catenarias es peligroso.

Como resultado, existe riesgo de electrocución si la máquina entra en contacto con las líneas eléctricas aéreas. La construcción de pantógrafos y catenaria podría estar desplazada en lugar de en el medio.

Este sistema permitirá la libre circulación de los equipos de carga mientras se opera de forma segura desde las líneas aéreas.

Podemos ver que los trenes en este escenario u operaciones aún pueden beneficiarse del uso de pantógrafos al tiempo que permiten un entorno de trabajo seguro.

Estas líneas aéreas transportan grandes cantidades de corriente y deben permanecer seguras desde una distancia accesible.

Los pantógrafos son más frágiles que el sistema de tercer carril, pero permiten el uso de voltajes más altos. Como resultado, son la forma dominante de recolección de electricidad para los trenes eléctricos modernos, lo que no descarta por completo la tecnología del tercer carril.

Algunos sistemas de tránsito rápido, especialmente los que circulan por encima del suelo, utilizan pantógrafos. Sin embargo, el tercer carril sigue siendo el sistema preferido. La principal limitación del sistema del tercer carril se manifiesta en las zonas públicas.

La mayoría de líneas previas al metro o al metro-tranvía utilizan los pantógrafos cuando su recorrido incluye vías en vías urbanas y zonas de acceso público. Estas líneas incluyen la línea 51 del Metro de Ámsterdam, el U-Bahn de Frankfurt, el Metro Muni de San Francisco y la Línea Verde MBTA en Cleveland.

Las líneas ferroviarias pasan a la catenaria para evitar el riesgo de electrocución. Será peligroso hacer funcionar la electricidad en el suelo en zonas urbanizadas.

Sin embargo, las líneas ferroviarias que atraviesan túneles construidos con tuneladoras no tienen problemas para utilizar el sistema del tercer carril.

La única excepción a estas tecnologías son las líneas que utilizan el sistema de tranvía. Incluyen líneas ferroviarias en Burdeos, Angers, Reims y Dubai, donde Alston desarrolló el suministro de energía alternativo.

Además, esta tecnología es un sistema subterráneo patentado que aplica energía a segmentos de la vía con un tranvía.

La razón principal para desarrollar estos sistemas alternativos fue evitar la intrusión visual. Un ejemplo es una línea en Burdeos.

Otros desarrolladores del sistema de tranvía son Bombardier, AnsaldoBreda y CAF. En algunos casos, utilizan paquetes de baterías para distancias cortas e infraestructura física terrestre para otros.

Otra razón para utilizar el pantógrafo sobre el sistema de tercer carril es evitar las heladas en determinadas condiciones invernales. La Línea Azul MBTA utiliza un pantógrafo para todos los tramos de superficie de su recorrido y un tercer carril para los pasos subterráneos.

Sin embargo, numerosas líneas ferroviarias combinan los sistemas aéreos y de tercer carril. De esta forma, eliminan las debilidades de cada tecnología mientras disfrutan de los beneficios de ambas.

Ahora, puedes ver que no basta con responder la pregunta; ¿Cómo funciona un pantógrafo en un tren? Es igualmente importante informarle sobre tecnologías alternativas y la que funciona mejor en determinadas condiciones.

Los trenes que utilizan el suministro eléctrico trifásico tienen dos pantógrafos y los carriles de circulación proporcionan el circuito de la tercera fase. Sin embargo, Walter Reichel de Siemens & Halske diseñó una instalación experimental de alta velocidad en 1901.

Utilizan tres cables aéreos montados verticalmente mientras que los pantógrafos que se extienden horizontalmente transportan los colectores. En cambio, una alimentación monofásica requiere únicamente un pantógrafo.

Los pantógrafos mantienen un contacto constante con las líneas aéreas, asegurando un suministro eléctrico estable. De esta manera, el tren puede recorrer hasta donde llega la línea sin que se produzca una caída del suministro eléctrico.

Es más seguro utilizar líneas aéreas en zonas públicas y urbanizadas. Este sistema elimina el riesgo de electrocución que podría traer el sistema del tercer carril. La electricidad está a una distancia segura lejos del desplazamiento y la interacción humana.

Los pantógrafos permiten velocidades de desplazamiento más altas porque pueden recolectar voltajes más altos que otros sistemas. Los trenes pueden mantener su velocidad gracias al contacto constante que crean los pantógrafos.

En muchos sentidos, hemos visto que responder a la pregunta (¿cómo funciona un pantógrafo en un tren?) recae en el transporte.

Echemos un vistazo alternativo a la pregunta: ¿cómo funciona un pantógrafo en un tren? Los pantógrafos son realmente eficientes y sustituyen en muchos casos al tercer carril. Sin embargo, esta tecnología tiene algunas desventajas.

Un bloque de grafito mantiene el contacto entre el pantógrafo y la línea aérea. Este material lubrica la línea mientras conduce electricidad. Sin embargo, a medida que se vuelve quebradizo, puede romperse durante el funcionamiento.

Otro inconveniente es que un pantógrafo defectuoso puede agarrar el cable y derribarlo. Por otro lado, un cable puede desprenderse o dañar el pantógrafo.

Para evitarlo, las líneas ferroviarias utilizan una estación de monitorización con pantógrafo. Además, una altura sostenida (por encima de los 300 km) puede generar demasiada fricción.

Esta fricción hará que la tira de contacto se ponga al rojo vivo y se forme un arco excesivo. Inevitablemente se produce el fracaso. Sin embargo, los ingenieros están desarrollando soluciones inteligentes para solucionar estas limitaciones.

En el Reino Unido, la presión del aire elevó los pantógrafos, creando una galería de aire entre los carbonos en contacto con el grafito en la cabeza.

De esta forma sale aire si se desprende la tira de grafito. Como resultado, el pantógrafo desciende a través del dispositivo de caída automática para evitar daños.

Sistemas más sofisticados pueden detectar perturbaciones provocadas por la formación de arcos en el punto de contacto cuando se desprenden las tiras de grafito. Esta solución puede ayudar a prevenir el fracaso total.

Algunas líneas ferroviarias como la British Rail Class 390 han utilizado dos pantógrafos si uno falla durante el tránsito. El pantógrafo trasero evita daños a ambos cuando hay enredos. Sin embargo, ambos pueden sufrir daños si el delantero está en funcionamiento.

Este desafortunado escenario ocurre cuando los escombros de un enredo dañan la parte trasera, dejando ambas inoperables. Al mirar hacia el futuro, deberíamos ver un inmenso progreso en esta tecnología. El transporte ferroviario sigue siendo un medio crucial para desplazarse.

Conclusión

Los trenes y tranvías eléctricos modernos siguen utilizando pantógrafos para extraer la energía necesaria. Utilizan este poder para operar los generadores eléctricos o motores que impulsan la locomotora hacia adelante.

Respondiendo a tu pregunta, ¿cómo funciona un pantógrafo en un tren? Hemos visto los componentes y principios operativos de esta innovadora pieza de tecnología.

Además, deberíamos esperar más avances en esta tecnología, aunque los paquetes de baterías son cada vez más avanzados.

Un competidor cercano del pantógrafo es el sistema del tercer carril, que igualmente proporciona energía al tren eléctrico, pero se queda corto en términos del voltaje total que puede transportar. El pantógrafo es más seguro en las zonas públicas y en el interior de las ciudades que el sistema de tercer carril.

No obstante, el sistema del tercer carril rige cuando el tren pasa por túneles o puentes muy altos. Los pantógrafos son componentes esenciales de los trenes eléctricos y seguirán apoyando el sistema de transporte en los próximos años.

Un aspirante a profesional en gestión de proyectos de ingeniería. Versátil en el uso de diferentes software como Microsoft Project, Excel, AutoCAD, etc., y herramientas para lograr los objetivos laborales. Un creador de equipos dedicado para la entrega eficiente del trabajo. Un ávido investigador que se dedica a compartir conocimiento en su forma más simple.

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