Estudio para el desarrollo de carreteras eléctricas para vehículos de grandes cargas

Autor: Pérez Huertas, Óscar
Přispěvatelé: Sánchez Escribano, María Guadalupe
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Archivo Digital UPM
Universidad Politécnica de Madrid
Popis: El mundo necesita un cambio, uno orientado a combatir la contaminación debida al ser humano y sus prácticas industriales y de transporte. Las numerosas instituciones que rigen el mercado se han propuesto el objetivo de reducir tales emisiones en un plazo de tiempo no muy lejano. Para ello las innovaciones tecnológicas en las fuentes de energía y en los modos de transporte juegan un papel fundamental. El transporte es uno de los principales focos de reducciones de emisiones en el que se están centrando los esfuerzos. Se debe reducir la dependencia de los combustibles fósiles y para ello se orientan las tecnologías hacia el uso de electricidad y fuentes limpias de energía. En el contexto de financiación europeo se viene hablando en los últimos años de la Electro Movilidad (Electromobility), reuniendo bajo este término un conjunto de proyectos enfocados al transporte limpio. Actualmente hay financiados varios grandes proyectos que engloban diferentes objetivos, desde la potenciación del coche eléctrico hasta investigaciones con nuevos materiales para las baterías. Este Trabajo de Fin de Grado se enmarca en uno de estos proyectos, el Proyecto eHighway patentado por Siemens (ID: 308908, 2016). El programa está respaldado por el Séptimo Programa Marco de la Unión Europea y cuenta con la participación de numerosas entidades, como son la Katholieke Universiteit Leuven, Technofi SA, Technische Universitat Berlin o la Universidad de Comillas. El transporte por carretera contribuye en un alto porcentaje a la contaminación global y es el transporte ferroviario el que ha demostrado más eficiencia en este sentido. Ambos medios son ampliamente utilizados en el transporte de mercancías, lo que infiere un uso intensivo a lo largo de determinadas rutas comerciales. El proyecto eHighway propone la electrificación del transporte de mercancías por carretera, unificando aspectos de ambos sectores. Por un lado, está la independencia y gran comunicación que ofrecen las carreteras y por el otro la utilización de una red eléctrica de catenarias de contacto que permiten evitar el uso de combustibles fósiles. De este modo, las ventajas se unifican y las desventajas se reducen. De acuerdo a las propuestas y a la investigación de este proyecto, se ha iniciado el estudio de la viabilidad técnica para un proyecto análogo en una zona rodada en España, en concreto en la provincia de Albacete. El eHighway ha sido el foco de descripción, pues posteriormente se hace uso de todas las características y modos de funcionamiento que el sistema promueve. No se hace referencia a gran cantidad de datos técnicos y específicos, pues esta es la información que no suele facilitar el distribuidor sobre todo de cara a sus competidores. Se aborda más desde un ámbito descriptivo y explicativo de en qué consiste y las medidas que propone. Las partes importantes en las que se podrá separar la búsqueda de información engloban 3 ámbitos. El primero sobre la contaminación y la influencia del transporte. Aquí se plantea el escenario actual, con las causas y las consecuencias que están acarreando dichas emisiones. Los datos más relevantes harán referencia al impacto del transporte en dicha problemática. El segundo bloque es el de los planes tecnológicos que se están proponiendo como solución al impacto medioambiental. Aquí se focaliza en la propuesta europea de la Electro Mobility y algunas de sus iniciativas. De ellas se resalta la más importante para este estudio, el desarrollo de carreteras electrificadas para el transporte de mercancías. El último gran bloque teórico se diferencia de los otros dos por su independencia de contenido, ya que se centra en los aspectos técnicos y nociones básicas a conocer de las infraestructuras ferroviarias. Dado que el proyecto base en el que se basa el trabajo no proporciona datos necesarios para los cálculos, ha sido necesaria su búsqueda por otros medios. Estos requisitos se centran en aquellas partes que posteriormente hacen falta conocer para el estudio, como son el pantógrafo, la catenaria y las subestaciones eléctricas. La cantidad de datos teóricos que se necesitaban recabar era compleja de encontrar y poco precisa, en el sentido de que normalmente era necesaria una adaptación o cálculos de otros datos. Para la parte ferroviaria se recurre principalmente a los grandes distribuidores como ADIF, mientras que para la parte de carretera y del camión han sido el ministerio de fomento y páginas concretas de distribuidores (principalmente Scania) las que ayudaron a la recopilación. El estudio únicamente tiene sentido si se considera un tramo específico de carretera, a ser posible una autovía española que tuviera un tráfico de camiones adecuado y un trazado sin complicaciones. Tras unas justificaciones precisas y contrastadas se decide estudiar el tramo de autovía que conecta las ciudades manchegas de La Roda y Albacete, separadas por aproximadamente 30 km si se sigue la A-31. Realizando sucesivas veces el trayecto con un vehículo reproduciendo las mismas condiciones de conducción que se darán para los camiones se recopilan datos GPS geográficos de todo el recorrido. Se diferencia entre los caminos de ida, desde La Roda hasta Albacete, y los de vuelta en sentido inverso ya que son carriles independientes. Efectuando algunas mediciones y observaciones ilustrativas de las condiciones de la carretera se puede plantear un modelo que se adecúe al sistema. Los datos físicos recogidos durante el trabajo de campo han servido para conocer el muestreo de puntos que seguía la vía, así se conocen la latitud, longitud, altitud y tiempo de medida principalmente de cada instante por cada punto. La mayor parte del trabajo se ha desarrollado mediante programas informáticos, ya que tanto la parte de recopilación de datos como la utilización posterior de los mismos necesitaba del empleo de softwares informáticos. Los datos físicos recogidos de la carretera necesitan ser transformados a valores necesarios a la hora de estudiar la trazabilidad de la carretera. La información necesaria que se necesita conocer son las pendientes de la vía, los radios de giro del trazado y la velocidad límite que en este caso es constante. La herramienta MATLAB ha permitido calcular y representar gráficamente todas las fuentes de datos que posteriormente se necesitaron. Posteriormente, se comienza a realizar la simulación de los datos conocidos sobre la carretera y sobre el camión, que son los dos principales elementos involucrados. La finalidad de la simulación es la de proponer un sistema optimizado y capaz de afrontar las prestaciones y requisitos estipulados. Para ello se comienza con un dimensionamiento cinemático de la carretera en el que se divide por tramos reseñables la carretera. Con los datos del vehículo que va a intervenir en el funcionamiento del sistema ya se puede realizar el dimensionamiento electrodinámico. Aquí se definen los parámetros principales que tiene que afrontar el sistema y la situación de los principales componentes eléctricos. Con una optimización tanto del número adecuado de camiones en la autovía como de la situación de las subestaciones se podrá fijar el funcionamiento estable de la red. Finalmente, con una simulación del flujo de cargas eléctricas se visualizan los diferentes picos eléctricos y la electricidad a la que habrá que conectar la red. Los resultados arrojados por la simulación sirven para demostrar que las hipótesis y los datos tomados han sido adecuados, en el sentido de no presentar discrepancias y sí un funcionamiento adecuado. Si se analiza únicamente el tramo seleccionado con las dos opciones de uso eléctrico o empleo del motor de combustión, se define claramente un ahorro tanto económico como energético. El principal ahorro es el energético y en los niveles de contaminación, pues según los cálculos realizados se llegan a reducir hasta el 50% de emisiones anuales solo en este tramo de 30 km de ida y otros 30 km de vuelta.
Databáze: OpenAIRE
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