Comunicación presentada al V Congreso Ciudades Inteligentes
Autor
César Bartolomé Muñoz, Director del Área de Innovación, Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA)
Resumen
En una situación como la actual en la que la movibilidad urbana e interurbana están sufriendo un proceso de servitización, el transporte público debe evolucionar prestando un servicio que sea más eficiente, más sostenible y con un nivel de prestaciones suficiente para competir con la movilidad privada. En este contexto, es necesario que el transporte público urbano e interurbano, en concreto los autobuses, evolucionen hacia un sistema de conducción eléctrica y autónoma que garantice las exigencias previamente citadas. Esta evolución exigirá la realización de pruebas piloto en entornos reales. Las plataformas reservadas para autobuses han demostrado que en el contexto actual son una alternativa óptima a otros sistemas de transporte tanto públicos como privados y, además, por sus características propias pueden convertirse en un campo de pruebas que permita evolucionar el transporte público con autobuses.
Palabras clave
Plataformas Reservadas, Autobuses, Conducción Autónoma, Eléctrico, Infraestructura
Evolución de la movilidad urbana
Al igual que otros muchos productos, la movilidad urbana está viviendo un proceso de servitización, en el que los usuarios se alejan poco a poco de la compra de un vehículo para participar de una economía colaborativa o simplemente evolucionan hacia el pago por un servicio. Prueba de este proceso son las empresas de movilidad urbana que alquilan vehículos eléctricos de todo tipo: coches, motocicletas, patinetes, bicicletas, etc.
En este contexto, el transporte público urbano e interurbano, que es desde su origen un servicio y no un producto, debe también evolucionar para competir con una movilidad urbana cada vez más diversa y cada vez más servitizada. Y esta evolución pasa necesariamente por dos aspectos, ser más sostenible y prestar un mejor servicio al ciudadano; es decir, se trata de electrificar el transporte público, de introducir la conducción autónoma, de garantizar la puntualidad, de incrementar la fiabilidad, etc. Los sistemas ferroviarios de transporte masivo (metro y tren de cercanías), en gran medida, ya han conseguido estos objetivos, si bien únicamente son eficientes en corredores con demandas elevadas. No pueden competir en las relaciones transversales, donde las demandas son muy dispersas y los elevados costes de construcción no justifican la inversión necesaria. Es pues necesario, que esta evolución de la que hemos hablado la lidere el autobús, muy eficiente en las relaciones transversales y con una inversión en infraestructuras relativamente pequeña.
Requisitos de la red pública de movilidad
La evolución social ha puesto de manifiesto la necesidad de que cualquier servicio gire en torno al usuario. Ya no es posible diseñar políticas públicas, siendo el transporte público una política más, sin que el usuario sea el centro del sistema, ya que, en caso contrario, el ciudadano elegirá sistemas alternativos de movilidad y la red de transporte público carecerá, entonces, de sentido. La red pública de movilidad, que no de transporte, deberá cumplir los siguientes requisitos:
- Deberá ser una red completamente eléctrica. La contaminación en los entornos urbanos es uno de los principales retos a los que se enfrentan las grandes ciudades. Por lo tanto, cualquier servicio de movilidad pública debe tener cero emisiones. Evidentemente, esto supone un problema a nivel de gestión, no solo porque haya que modernizar la flota, sino porque hay que integrar el tiempo de carga en la gestión de la movilidad, lo que llevaría a un sobredimensionamiento del número de vehículos o la implantación de sistemas de carga dinámica en movimiento.
- Debe ser un sistema eficiente, es decir, debe competir en costes con los sistemas alternativos de movilidad, cuyo escenario más probable es el vehículo privado autónomo y eléctrico en el que el usuario paga por un servicio previamente contratado de carácter individual o compartido. Este es el punto en el que los sistemas ferroviarios no pueden competir salvo que la demanda sea muy elevada, por lo que debe ser la red de autobús la que evolucione para prestar este servicio.
- Debe ser un sistema eficaz. El usuario debe percibir que el servicio que se le presta es de alto nivel, para lo que es necesario garantizar tiempos de trayecto, puntualidad, fiabilidad y accesibilidad. Este tipo de servicio pasa necesariamente por una plataforma reservada para el transporte público, con prioridad semafórica, con conducción autónoma para garantizar la proximidad a las paradas y, por supuesto, eléctrico.
Por supuesto que existen otros muchos requisitos que es necesario integrar en el sistema público de movilidad: información en tiempo real, acceso a contenidos digitales, red Wifi, etc. Sin embargo, se considera que la tecnología actual ya permite que este tipo de servicios estén parcialmente disponibles y que su evolución esperada sea más rápida que en los requisitos previamente enumerados, que deberían ser objeto de proyectos piloto que permitan evaluar su viabilidad.
Plataformas reservadas para autobuses
Tras citar los requisitos principales que debe satisfacer una red de movilidad pública futura, es el momento de analizar el camino que es necesario recorrer para alcanzar ese estado. Y en este camino es imprescindible la realización de pruebas piloto. Sin embargo, acometer estas pruebas en un entorno real es muy complicado, ya que los autobuses comparten la infraestructura con el resto de vehículos públicos y privados, por lo que cualquier modificación en aquella repercute directamente en la movilidad de toda la ciudad, lo cual no es deseable. Sin embargo, existe un sistema de movilidad que, por un lado, se está implantando a nivel mundial por sus ventajas inherentes y, por otro, se trata de un sistema ideal para la realización de pruebas piloto para avanzar hacia la movilidad del futuro: las plataformas reservadas para autobuses.
A diferencia de otros sistemas públicos de movilidad, los autobuses sobre plataforma reservada son capaces de evolucionar y adaptarse al cambio, ya que se trata de un sistema flexible que permite dar respuestas diferentes a problemáticas distintas. La variable sobre la que se sustenta este tipo de transporte puede ser bien la capacidad, bien la comodidad, bien la rapidez, bien la fiabilidad, etc. sin necesidad de modificar el concepto mismo del sistema o aumentar la inversión. Por este motivo, los autobuses sobre plataforma reservada se encuentran en un periodo de fuerte expansión en todo el mundo, aplicándose en ciudades donde la problemática de la movilidad urbana es completamente diferente. Los avances tecnológicos han permitido aumentar el nivel de prestaciones, convirtiendo a los autobuses en plataforma reservada en un tipo de transporte accesible, silencioso, rápido, regular, confortable y ecológico.
En Europa, los autobuses sobre plataforma reservada han evolucionado hacia sistemas de un alto nivel de servicio (Buses with a High Level of Service, BHLS). El motivo principal es que, en Europa, por lo general, existen sistemas públicos de transporte urbano razonablemente buenos y también una red viaria de calidad que permite mitigar los inconvenientes del uso diario del vehículo privado. Estas circunstancias hacen que el autobús sobre plataforma reservada esté obligado a ofrecer un servicio de altas prestaciones para captar una demanda significativa. Las características principales de los BHLS (François Rambaud, 2008, “Bus with high level of service, a new European trend”, Congreso Mbus, Madrid) europeos son:
- Eficiencia, pero con mayor flexibilidad.
- Sistema apto para entornos urbanos e interurbanos, donde debe integrarse la plataforma reservada y contribuir a un urbanismo racional.
- No compite con los sistemas masivos ferroviarios: metro o cercanías.
- Se trata de convertir al autobús en un tranvía con mayor flexibilidad.
La capacidad del BHLS es intermedia, hasta 3.000 viajeros por hora y sentido, y la velocidad de explotación próxima o superior a los 20 km/h, dependiendo del ámbito de la línea, con una imagen fuerte y atractiva, una gran calidad de servicio y un coste limitado.
Los vehículos tienen un elevado componente de diseño y prestaciones y permiten la aplicación de las nuevas tecnologías, que dotan a dichos vehículos de prioridad en los cruces semafóricos, información en tiempo real, etc. Además, la mayoría de estos proyectos están asociados con la mejora y renovación del entorno urbano en las inmediaciones de la plataforma, lo que supone en muchos casos una transformación e incluso una rehabilitación de zonas degradadas.
En España únicamente hay un sistema de autobuses sobre plataforma reservada. Se encuentra en Castellón, el TVRCas, y fue pionero en incorporar la conducción eléctrica y autónoma. La plataforma cuenta con una catenaria que suministra la energía y de un sistema de guiado óptico que lee las marcas viales. Estos sistemas se ven complementados por una propulsión de combustión tradicional y por la presencia de un conductor para que, en el caso de que haya algún problema en la plataforma, el conductor pueda tomar el control del vehículo, abandonar la catenaria, sortear el obstáculo y continuar la travesía sin mayor incidencia en la calidad del servicio.
Este tipo de tecnologías garantizan una alta calidad del servicio. El sistema de guiado óptico aproxima el vehículo al andén a distancias inferiores a los 3 cm, la catenaria aporta energía cero emisiones, la prioridad semafórica garantiza la puntualidad y la duración del trayecto y la flexibilidad que aportan el motor de combustión y el conductor permiten sortear los obstáculos y garantizar la fiabilidad del sistema
Las plataformas reservadas como laboratorio
Los BHLS son un sistema óptimo para satisfacer las necesidades de movilidad actuales, principalmente en corredores de acceso a las grandes ciudades en los que la densidad de población no justifica sistemas ferroviarios. Simplemente por este motivo, su implantación en España debería ser mayor, en línea con lo que está sucediendo en Europa.
Si, además, se tiene en cuenta que, al estar segregadas de la red, las plataformas reservadas permiten el ensayo de nuevas tecnologías a escala 1:1, sin interferir con el resto de vehículos públicos y privados, deberían ser una prioridad para evolucionar la movilidad de las grandes ciudades. Más aún, si los BHLS se convierten en el primer sistema en lo relativo a avances tecnológicos, el usuario inmediatamente lo percibirá como un sistema moderno de alta calidad, lo que incrementará su demanda y ayudará a mejorar los problemas de movilidad, en especial, los problemas de acceso a las ciudades en hora punta.
Carga dinámica
El principal reto al que se enfrenta la electrificación de los vehículos pesados y, por ende, los autobuses, es el tamaño de las baterías. La tecnología de las baterías ha evolucionado a nivel de turismos, pero en el caso de camiones y autobuses, no se ha alcanzado una autonomía razonable con baterías cuyo tamaño permita su integración en el vehículo. Por este motivo, si se quiere avanzar en la electrificación del parque de autobuses, hay que evolucionar la carga dinámica de los vehículos mientras se encuentran en movimiento o en las paradas.
Con carácter general, la carga dinámica consiste en la inclusión de un sistema de bobinas en el pavimento que generan un campo magnético que, mediante inducción, cargan las baterías de los vehículos.
En 2013, en la ciudad de Gumi (Corea del Sur), se logró que dos autobuses eléctricos extrajeran su energía de la carretera. Este importante desarrollo fue realizado por el Instituto Coreano Avanzado de Ciencia y Tecnología (KAIST) mediante la tecnología OLEV (Online Electric Vehicle) (N.P. Suh, D.H. Cho, and C.T. Rim, 2010, “Design of On-Line Electric Vehicle (OLEV)”, 20th CIRP Design Conference, Nantes), en la que unos cables eléctricos alojados dentro del pavimento proporcionan energía a los vehículos que viajan en su superficie. Se logró que los autobuses realizaran un trayecto de 24 kilómetros, manteniendo a su vez dentro de los límites de seguridad los niveles electromagnéticos, que son uno de los principales escollos en el empleo de esta tecnología. El sistema OLEV únicamente suministra energía cuando se detecta la presencia de uno de los autobuses, por lo que se minimiza el riesgo tanto para los peatones como para otros vehículos.
Uno de los puntos fuertes del sistema OLEV consiste en su simplicidad: los vehículos eléctricos no tienen que estar equipados con grandes y pesadas baterías, eliminando además los tiempos de parada para recargar gracias a su sistema de recarga inalámbrica en movimiento.
Dentro de las distintas experiencias de recarga dinámica, un ensayo de interés fue llevado a cabo en Bélgica entre 2010 y 2013 [Beeldens, A. et al, 2016, “Inductive charging through concrete roads: a Belgian case study and application”. 1st European Road Infrastructure Congress, Leeds (Reino Unido)], promovido por la Administración de Flandes y financiado tanto por esta última como por nueve socios industriales (entre ellos Bombardier). En el proyecto participaron también dos universidades. Se aprovechó un tramo de la carretera N769 cerca de Lommel, en el norte del país, para excavar una trinchera de 500 m de longitud y 20 cm de espesor en la que se instalaron los bucles para crear el campo electromagnético. La parte superior de los mismos quedaba a una distancia teórica de 5 cm de la superficie. La trinchera se rellenó después con hormigón en 125 m, y con mezclas asfálticas en el resto. Durante los ensayos el tramo permaneció cerrado al tráfico ordinario.
En la figura pueden verse varios detalles de la trinchera y los bucles, así como de la ejecución del pavimento de hormigón y de este último ya en servicio.
Se realizaron tanto pruebas de carga estáticas (vehículo parado) como dinámicas (vehículo en movimiento). Durante estas últimas, un sistema de detección de vehículos permitía activar el módulo correspondiente, dejando sin carga aquéllos cuya energía no pudiese ser captada por el autobús. En las pruebas estáticas se utilizó también un vehículo ligero.
Uno de los temas que se estudió en el tramo fue la influencia de las desviaciones de los vehículos en la eficacia de transmisión de la energía generada en el pavimento. De acuerdo con los resultados obtenidos, que se recogen en la siguiente figura, los vehículos no deben desviarse más de 30 – 40 cm de su trayectoria original para obtener una eficacia de transmisión del orden del 80 % o superior.
Conducción autónoma
A la vista de los ensayos realizados para la carga dinámica de vehículos, parece obligatorio que, cuando se utilicen métodos inductivos para recargar los vehículos en movimiento, éstos dispongan al menos de un sistema de conducción autónoma que mantenga su desplazamiento dentro de los límites necesarios para garantizar la eficiencia de la carga. Estos sistemas de conducción autónoma implican la inclusión en la infraestructura de sistemas ópticos, magnéticos, por cable o sistemas GPS y DGPS. O lo que es más probable, la combinación de uno o varios de estos sistemas.
Los sistemas de conducción autónoma exigirán la inclusión en la infraestructura de marcas viales especiales, de sensores, de cables, de transmisores, de receptores, etc. El objetivo es alcanzar un sistema de conducción lo más autónoma posible para los BHLS, pero también probar sistemas que posteriormente sean aplicables al resto de la red de autobuses que circularán por vías no segregadas, compartiendo infraestructura con el resto de vehículos privados.
Otros requisitos del sistema
Como se ha visto previamente, la electrificación de la flota de autobuses es una exigencia que se está imponiendo en el ámbito urbano en todos los niveles. Para conseguirlo, se ha mencionado que una de las prioridades debe ser la carga dinámica mediante inducción. Este tipo de sistemas pueden estar distribuidos por la red o localizados en las paradas, pero son necesarios para garantizar la autonomía de los autobuses y para reducir el tamaño de las baterías. Y, por último, el estudio belga ha mostrado que este tipo de carga dinámica exige que las bobinas embebidas en el firme y las bobinas del autobús estén muy próximas, tan cerca que dicha distancia es prácticamente imposible de alcanzar de no existir un sistema de guiado o de conducción autónoma. En resumen, la conducción autónoma no es solo una exigencia para mejorar la calidad del servicio, sino también una exigencia derivada de la implantación de otras tecnologías. Es decir, que los sucesivos avances tecnológicos no podrán ser individuales, sino que deberán sustentarse en otros avances de campos complementarios. En este sentido, la infraestructura sobre la que circulen los autobuses eléctricos y autónomos del futuro también deberá evolucionar. Entre otros requisitos, deberá:
- Proteger los sistemas embebidos en el mismo. En general, se trata de sistemas de alto valor añadido que estarán sometidos a las condiciones climáticas, al paso del tráfico y a los actos de vandalismo. La infraestructura en general y el firme en particular con sensores y bobinas embebidas deben tener una capacidad estructural suficiente para proteger estos sistemas de alto coste.
- Permitir el acceso a los sistemas instalados para su reparación y actualización. El firme debe comportarse como una galería de servicio que permita el acceso a los sistemas. Hay que tener en cuenta que este tipo de tecnologías tienen una obsolescencia mucho más rápida que los firmes, con una vida útil superior a los 30 años.
- Mantener las características superficiales a largo plazo para garantizar la eficiencia de la conducción autónoma. En un entorno en el que las operaciones de mantenimiento serán muy complicadas, ya que no serán viables aquellas operaciones que dañen los sistemas presentes en la vía, es necesario que las infraestructuras sean durables y que las condiciones superficiales del firme se mantengan inalteradas a lo largo del tiempo. En el caso de que el firme se degrade con rapidez, los sistemas de conducción autónoma se verán afectados, perderán eficiencia y condicionarán la eficiencia de otros sistemas.
A modo de ejemplo, la influencia de la conducción autónoma sobre los firmes se analizó parcialmente en el estudio “Effects of Wide Single Tyres and Dual Tyres”, donde se vio que la canalización de las cargas sobre la misma rodada por efecto de la conducción autónoma suponía un incremento de la deformación permanente del firme del 30%. Este tipo de deformación impide el correcto funcionamiento de los sistemas de conducción autónoma y condiciona la eficiencia del resto de sistemas. Las consecuencias son una pérdida de comodidad, mayor ruido, más consumo de energía en la rodadura, aceleración de la descarga de las baterías, falta de accesibilidad en las paradas, etc. Es decir, la revolución tecnológica carecería de sentido si la infraestructura sobre la que circulan los vehículos no se actualiza en una medida proporcional.
Conclusiones
Las plataformas reservadas para autobuses son una solución óptima para el transporte urbano interurbano en ejes con una densidad media de población y, por este motivo, deberían potenciarse como un sistema prioritario para facilitar el acceso a las ciudades al igual que está ocurriendo en el resto de Europa. Además, las plataformas reservadas deben convertirse, por sus características, en un campo de pruebas para evolucionar las tecnologías más disruptivas en lo referente a conducción eléctrica principalmente, pero también autónoma. Todo ello, debe de ir acompañado de un desarrollo de la infraestructura que permita la implantación de estas nuevas tecnologías de forma segura, que garantice su eficiencia y que permita su sustitución según vayan alcanzando su obsolescencia tecnológica.
Referencias
- Aniceto Zaragoza y César Bartolomé, “La contribución de los pavimentos de hormigón al desarrollo del transporte público”, VI Congreso Internacional de Ingeniería Civil, Valencia, 2011.
- César Bartolomé et. al, “Nuevas infraestructuras para la conducción eléctrica y autónoma”, Simposio Nacional De Firmes, Madrid 2018.