Con más personas encaminándose hacia un tren de alta velocidad sostenible, la reducción de la contaminación acústica y la gestión sofisticada del tráfico impulsarán la adopción.

El silbato que baja por las vías es el sonido del renacimiento ferroviario de Europa. La vuelta de la esquina es una mayor adopción del transporte ferroviario de alta velocidad que promete reducir el tráfico por carretera y frenar las emisiones nocivas. Los automóviles son los principales culpables de la contaminación del aire, ya que representan el 14,5 % de las emisiones totales de carbono de Europa. Alrededor de la mitad de los vuelos en Europa son viajes de corta distancia de menos de 1.500 km, lo que genera muchas más emisiones que el viaje equivalente en tren.

La política del Acuerdo Verde Europeo presenta planes para duplicar el tren de alta velocidad para 2030 y triplicarlo para 2050. En este momento, el 75 % de la carga se mueve por carretera, por lo que el movimiento de mercancías por ferrocarril se duplicará para 2050.

Hacer que los trenes sean más competitivos con respecto a los viajes por carretera y por aire significa reformar el mercado y mejorar la experiencia de los pasajeros, así como mejorar las infraestructuras. Priorizar el transporte ferroviario sostenible promete beneficios significativos, pero desafortunadamente, conlleva peligros ocultos propios y no solo para los pasajeros.

Baja frecuencia

Uno de los peligros menos conocidos del transporte ferroviario es el tipo de contaminación acústica que nadie puede oír. Vibraciones inaudibles del suelo de baja frecuencia emanan del material rodante del ferrocarril a medida que pasa. Además de afectar la integridad estructural de la infraestructura cercana, estas vibraciones pueden tener un efecto perjudicial en la salud de las personas, causando dolores de cabeza, fatiga e incluso irritabilidad en las personas que las experimentan.

"En este momento, es posible reducir las vibraciones colocando almohadillas de goma debajo de las pistas", dijo Giovanni Capellari, cofundador de Phononic Vibes. "Ese sistema está bien para los nuevos ferrocarriles porque se pueden instalar durante la construcción". Su empresa se especializa en tecnología de ruido y vibraciones. Para una línea férrea existente, las almohadillas de goma son muy caras porque hay que quitar las vías para instalarlas, según Capellari.

El proyecto BioMetaRail está investigando y desarrollando barreras sumergidas especiales que se pueden desplegar a lo largo de la vía para absorber las vibraciones. Las paredes de barrera se basan en su forma para su rendimiento de reducción de ruido, en lugar de las propiedades del material.

Conocidos como metamateriales, estos materiales compuestos sintéticos tienen propiedades de diseño que no se encuentran en la naturaleza. Sus estructuras internas están diseñadas para interactuar con las ondas de sonido de baja frecuencia de un tren que pasa para atraparlas y aislarlas.

"Básicamente, la idea es que usemos formas que tengan algunos efectos resonantes en frecuencias que son típicas de las vibraciones en el sector ferroviario", dijo Capellari. En este contexto, la frecuencia de las vibraciones suele estar entre 30 y 60 Hertz. El resultado es un diseño para una estructura de hormigón de dos por tres metros que se asemeja a una gran ventana.

Esto funciona para frecuencias muy bajas, lo que es muy bueno para los trenes. Además, los "paneles de ventana" podrían dividirse en tamaños aún más pequeños para atrapar una gama más amplia de frecuencias.

Diseño distintivo

Si los paneles no tuvieran su forma y diseño característicos y fueran simplemente losas de hormigón, no podrían detener las vibraciones del tren en el suelo con la misma eficacia que las barreras de BioMetaRail. Para facilitar la instalación, no es necesario levantar la vía férrea, ya que estos paneles se pueden insertar en el suelo a lo largo de la vía como una valla hundida, para proteger grupos de viviendas o edificios.

El equipo de investigación también está investigando el material, el grosor y los tamaños ideales de las barreras para sus efectos de amortiguación de vibraciones.

El proyecto BioMetaRail de Capellari es una rama del proyecto BOHEME, que significa Bio-Inspired Hierarchical MetaMaterials. BOHEME investiga y desarrolla diferentes tipos de metamateriales mecánicos inspirados en principios que se encuentran en la naturaleza.

Desde telas de araña hasta espirales de conchas, BOHEME caracteriza los sistemas naturales y estudia sus posibles aplicaciones. "El objetivo es tomar los resultados de BOHEME y tratar de comprender la mejor geometría (para las barreras de riel) considerando el mercado, el costo, la producción y la instalación", dijo Capellari.

“El siguiente paso es salir al mercado”, dijo, así como obtener la certificación para la intervención de bloqueo de vibraciones. "No existe tal tipo de sistema en el mercado en este momento".

En última instancia, estos paneles cubrirán el suelo a lo largo de la vía en áreas residenciales, lo que permitirá que las redes ferroviarias aumenten significativamente el tráfico de trenes sin afectar negativamente a las personas y los edificios cercanos.

En 2021, se propuso aumentar los límites de velocidad en los trenes de la Red Transeuropea de Transporte a 160 km/h o más para 2040. El aumento del tráfico ferroviario también hace que sea vital que los operadores de la red puedan monitorear la longitud total de sus vías férreas en tiempo real. El monitoreo acústico puede ayudar a lograr ambos objetivos.

Next Generation Rail Technologies de Richard Aaroe ha desarrollado un dispositivo de escucha pasiva que puede proporcionar a los operadores ferroviarios una advertencia temprana sobre obstrucciones en la vía. Incluso puede predecir cuál es la obstrucción más probable y dónde podría encontrarse. El proyecto SAFETRACK está trabajando en un sistema independiente para "dar una advertencia precisa en tiempo real de cualquier cosa que suceda en la infraestructura", dijo Aaroe.

El sistema consta de sensores, que captan vibraciones en la pista, y un software que identifica en qué parte de la pista se origina el sonido y qué podría haberlo causado.

Micrófono sofisticado

"En cierto modo, es un micrófono muy, muy sofisticado", explicó Aaroe. Las vibraciones acústicas en la pista que captan los sensores tienen una "huella digital única". El sonido de la rama de un árbol cayendo sobre la vía es distinto al de un deslizamiento de tierra, por ejemplo. La empresa de Aaroe ha creado una "biblioteca" de estas huellas dactilares acústicas ferroviarias.

Él compara la tecnología con cuando los submarinos usan sonar para detectar barcos de superficie al captar su firma acústica. "Hoy en día, esa tecnología ha evolucionado de modo que no solo puede darse cuenta de que pasa una embarcación, sino que también puede detectar el tipo de motor, la clase de la embarcación en sí, la velocidad, la dirección y así sucesivamente", dijo Aaroe. dijo.

Los mismos principios se aplican a la acústica ferroviaria. "Cada incidente tiene una singularidad y lo hemos identificado y luego podemos informarlo al controlador del tren, al operador o incluso al propio conductor".

Los sensores son relativamente pequeños, del tamaño de un teléfono inteligente. Una instalación incluye cuatro sensores, uno en cada carril de la vía y luego otros dos 10 metros más allá de la vía. Debido a que el sonido viaja a través de rieles sólidos mucho mejor que a través del aire, un paquete de sensores puede detectar vibraciones acústicas cinco kilómetros en cada dirección.

La tecnología está siendo probada actualmente por redes ferroviarias nacionales en el Reino Unido, Alemania y España, y pronto se implementará en otros tres países, según Aaroe.

La Unión Europea se ha comprometido a hacer crecer su transporte ferroviario como parte del Acuerdo Verde Europeo, que tiene como objetivo hacer de Europa el primer continente neutral en carbono para 2050. A medida que más personas opten por el ferrocarril en lugar de los automóviles, la tecnología que hace que los trenes sean más seguros y silenciosos será cada vez más popular. importante. + Explora más

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