Comunicación presentada al I Congreso Ciudades Inteligentes:
Autores
- Javier Sesma Sánchez, Director Gerente del Centro de I+D+i, ThyssenKrupp Elevator AG
- Begoña Flores Canseco, Responsable de Comunicación, ThyssenKrupp Elevator Southern Europe, Africa and Middle East, S.L.U.
- Miguel Angel González Alemany, Technology Advisor, ThyssenKrupp Elevator Southern Europe, Africa and Middle East, S.L.U.
Resumen
ACCEL es un pasillo rodante que utiliza tecnología motriz lineal procedente del tren magnético Transrapid y que puede transportar hasta 7.300 pasajeros por hora y sentido, combinando para ello suaves cambios de velocidad con los más exigentes requisitos de seguridad para el transporte de pasajeros. Mediante el uso de una banda de paletas solapadas que se expanden hasta tres veces su tamaño original garantiza que los pasajeros accedan a la cinta a velocidad normal de paseo de 0,65m/s (2,35 km/h), aceleren suavemente hasta los 2 m/s (7,2 km/h) y vuelvan a decelerar a velocidad normal de paseo antes de abandonar el sistema. ThyssenKrupp ACCEL ofrece una solución eficaz para el desafío mundial de la urbanización: reduce el tráfico mejorando el acceso a las estaciones de metro y atrayendo hasta a un 30% más de pasajeros. En las terminales de los aeropuertos puede acortar en dos tercios los tiempos de tránsito actuales entre las puertas de embarque.
Introducción
En la actualidad, más de ocho mil millones de personas habitan este planeta y más de la mitad de ellas vive en ciudades. Para 2030, 104 ciudades albergarán a más de cinco millones de personas cada una. A esta alta ocupación en las ciudades, se suma la creciente congestión de las redes de transporte, el incremento del parqué automovilístico y de la urbanización, además de un aumento en el número de pasajeros que eligen el avión como modo de transporte. Esta congestión genera una cantidad considerable de contaminación, provocando además una inmensa pérdida de tiempo, energía y dinero.
Según una encuesta realizada por el Centro de Investigaciones Económicas y Empresariales y por la empresa de información de tráfico Inrix, los costes actuales de la congestión del tráfico son enormes para la economía. Sólo en el Reino Unido, los atascos cuestan a la economía nacional más de 5.300 millones de euros al año, o 628 euros por desplazamiento en vehículo por hogar. El coste en términos de tiempo perdido es de 423 euros por desplazamiento anual, o 3.400 millones de euros, mientras que los atascos de vehículos de transporte de mercancías o de empresa ascienden a 1.400 millones de euros, que se añaden a los costes de vehículos por hogar anualmente.
El metro ya es la opción de transporte público preferida en ciudades de alta densidad de población, como Nueva York o Hong Kong, pero su capacidad y potencial para recibir y gestionar pasajeros no se ha explotado al máximo. La razón principal de esta infrautilización de las redes de metro es la falta de comodidad para acceder a estas infraestructuras. Según un estudio realizado por ThyssenKrupp, las personas situadas a una distancia de más de 500 metros de una estación de metro, optan normalmente por otros medios de transporte, a pesar de los grandes atascos de tráfico o de los mayores costes que eso puede acarrear. Actualmente, la solución podría ser construir estaciones de metro más próximas unas de otras, pero esto requiere de costes extras en un momento en el que la financiación pública escasea como nunca.
Descripción de la solución
ACCEL cubre este vacío en el panorama del transporte de una forma rentable, sin necesidad de acometer importantes obras de infraestructura o de ingeniería civil y, además, puede trasformar las conexiones de transporte en las ciudades. ACCEL es capaz de transportar a 7.300 pasajeros por sentido y hora en un flujo permanente y a una velocidad de 2m/s (7,2 km/h) o incluso de hasta 3.3 m/s (12 km/h) (en el caso de las personas que continúan caminando por el pasillo rodante). A través de los métodos más modernos, ACCEL garantiza la máxima comodidad de los viajeros en ciudad, reduciendo los tiempos de viaje en los desplazamientos diarios al trabajo. Es fácil de utilizar para los pasajeros, no hay tiempos de espera y no requiere barreras de entrada. Los usuarios tendrán la experiencia de continuar con su marcha normal, pero mucho más rápido y sin esfuerzo.
¿Cómo funciona el nuevo sistema de transporte?
Al utilizar este nuevo producto de movilidad, los pasajeros entran a la velocidad de marcha normal de 0,65m/s (2,5 km/h), y aceleran suavemente hasta los 2m/s (7,2 km/h) y luego la velocidad se reduce a la de la marcha normal antes de salir del sistema.
Compuesto por una cinta de paletas, que se asemejan a un pasillo rodante estándar, ACCEL incorpora una tecnología innovadora bajo la superficie. La cinta se ha diseñado utilizando el concepto de paleta superpuesta, lo que triplica el tamaño original de cada paleta. Cada paleta está equipada con su propio imán impulsado por motores lineales instalados en posiciones fijas. Además, la cinta de la paleta y el pasamanos son dos sistemas independientes que funcionan con precisión y sincronía; y los sensores se centran constantemente en la posición de las sujeciones individuales y de las paletas, garantizando que los pasajeros sientan en todo momento que se mueven a la misma velocidad, experimentando un desplazamiento suave y seguro.
Los motores y codificadores lineales están perfectamente sincronizados por el sistema de control DSD y constituyen un desarrollo superior del tren magnético Transrapid, en el que los motores son de baja vibración y bajo mantenimiento. Sin embargo, si en alguna ocasión un motor falla, la cadena de seguridad mecánica se engrana y tira de la paleta a través de un arrastre, garantizando la continuidad del funcionamiento.
La tecnología de ACCEL o como conseguir diferentes velocidades en una banda continua
A simple vista, ACCEL parece un pasillo convencional. Y, de hecho, este fue uno de los objetivos del equipo de diseño con el fin de garantizar el uso intuitivo. Pero un pasillo convencional no puede circular a esas altas velocidades sin riesgo de caídas de los pasajeros en los embarques y desembarques. Por ello, es necesario conseguir una banda continua con diferentes velocidades en distintas zonas. ¿Cómo? La respuesta del equipo de diseño a esta pregunta constituye una de las claves de este nuevo producto; tanto para el movimiento de personas como para el pasamanos.
El movimiento de personas en ACCEL lo hace un conjunto sin fin de placas solapables de aluminio. Cada placa tiene 2 elementos articulados entre sí: uno de 400 mm de longitud, visible en toda la longitud de transporte; y un segundo de más de 800 mm de longitud, oculto por el primero en las zonas de velocidad lenta. En la aceleración, la placa larga aparece por debajo de la placa corta, hasta llegar a la velocidad máxima, en la que se forma un tapiz continuo horizontal de placas cortas y largas alternadas. En la deceleración se produce el movimiento inverso, desapareciendo las placas largas por debajo de las cortas.
Ambas placas presentan superficies ranuradas. Las placas cortas disponen de un sistema de peines, que apoya en la superficie ranurada de la placa larga. De esta forma, los usuarios que permanecen en las placas largas son transferidos de manera suave a las placas cortas adyacentes durante el movimiento de deceleración.
La relación entre la velocidad máxima y la mínima es de 3 a 1. Esto, unido a la cuidadosa selección de los anchos de placas y de las magnitudes de la deceleración, permite gestionar de manera eficaz el conocido efecto del cuello de botella, que podría producirse teóricamente en la deceleración, cuando los pasajeros caminan por la banda y se acercan a otros pasajeros. Las unidades instaladas en el aeropuerto de Toronto han permitido validar en la práctica lo que demuestran los estudios teóricos.
El pasamanos supone un reto aún mayor que el sistema de movimiento de personas. Técnicamente el pasamanos tiene 3 planos útiles, perpendiculares entre sí; mientras que el sistema de movimiento de personas sólo tiene uno. Es fácil imaginar que esto elimina muchas de las posibles soluciones consideradas.
La importancia del pasamanos se comprende perfectamente cuando se observa el comportamiento de los usuarios con dificultades de movilidad. Esto lleva a un requisito fundamental para el nuevo sistema de transporte: el pasamanos debe circular exactamente sincronizado con las placas adyacentes.
La solución desarrollada consiste en un sinfín de asideros, de 400 mm de longitud (la misma que la placa corta), circulando en todas las zonas exactamente a la misma velocidad que las placas del sistema de movimiento de personas. Es fácil imaginar que, cuando los asideros van a 2 m/s, aparece un hueco entre ellos. Ese hueco no puede estar estacionario (por ejemplo, una barandilla fija), porque un usuario distraído que se agarrase a él podría perder el equilibrio. Es por ello que los asideros circulan sobre un pasamanos continuo que se mueve siempre a la velocidad máxima de ACCEL. Con esta sencilla combinación de subsistemas se consigue cumplir de manera satisfactoria con todos los requisitos.
Transmitiendo potencia a las placas: los motores lineales
Los ingenieros que han desarrollado ACCEL se enfrentaron al reto de hacer sistemas mucho más largos que los conocidos. Y conectaron longitud y modularidad. De manera natural, aparecieron los motores lineales como una solución para mover las placas.
El nuevo producto está concebido como una sucesión de placas independientes. El movimiento de una placa no influye mecánicamente en el movimiento de la siguiente o de la anterior: el principio de modularidad elevado al máximo exponente. Así, se reducen los esfuerzos mecánicos sobre los diferentes componentes, que aparecerían en unidades de gran longitud, y que obligarían a incrementar sus dimensiones; y, en consecuencia, las masas móviles del sistema.
Cada placa tiene su propio imán; mientras que las bobinas están unidas a la parte fija del equipo. Podemos decir que cada placa tiene su propio motor independiente, formado por su imán y por las bobinas que cruza en cada instante.
El sistema de control se encarga de regular en cada motor la potencia necesaria en cada instante; y el sistema de posicionamiento retroalimenta al sistema de control con la información de la posición real de las placas, en una versión moderna del regulador de Watt que originó la revolución industrial. Con ello, las placas se mueven de manera sincronizada, siguiendo un guión previamente establecido: las ecuaciones de movimiento de ACCEL.
Las placas están conectadas entre sí por una cadena de diseño especial, que sólo trabaja en caso de fallo de alguno de los elementos anteriores, y que permite de este modo construir un sistema redundante para conseguir los elevados índices de disponibilidad requeridos en las aplicaciones del nuevo producto.
El movimiento del pasamanos: la mecánica en estado puro
El dispositivo que mueve el pasamanos es una obra de arte de ingeniería mecánica: unas levas cilíndricas de más de 15 m de longitud, de doble superficie de contacto y paso variable, construidas en aluminio de elevadas prestaciones. El paso variable permite la variación de velocidad de los asideros, de forma controlada. La geometría de las levas está cuidadosamente definida para conseguir que el movimiento de los seguidores sea exclusivamente de rodadura, mejorando la eficiencia del sistema. Las levas son accionadas por motores síncronos de imanes permanentes.
Los rodillos seguidores son parte de los carros que mueven los asideros. Dichos carros engranan con el pasamanos continuo en las zonas de velocidad máxima, y desengranan en las zonas de velocidad variable. La transferencia de energía se hace desde los motores a las levas cilíndricas; y de estas últimas a los carros de pasamanos, que a su vez la transmiten al pasamanos continuo.
El sistema de control mantiene el sincronismo entre los pasamanos y las placas en todo momento, garantizando la estabilidad de los usuarios.
Otras innovaciones: eliminación de vibraciones
En equipos de transporte que usan cadenas, no es infrecuente que aparezcan vibraciones asociadas al efecto poligonal. Reducirlas significa, en la mayor parte de los casos, incrementar las dimensiones del equipo.
En ACCEL se ha desarrollado un sistema de guías especial que permite eliminar las vibraciones de la mejor forma posible: en el concepto. Estas geometrías especiales han permitido, por ejemplo, conseguir que el asidero de pasamanos pueda medir 400 mm, incrementando significativamente el confort de los usuarios, y reduciendo a menos de la mitad el número de componentes respecto de versiones anteriores.
Una solución similar se ha utilizado para el guiado de las placas. En este caso, además, ACCEL utiliza una solución innovadora de volteo horizontal de placas, que permite reducir el espacio necesario para instalar una unidad; mejora el acceso para mantenimiento, y posibilita construir con los mismos elementos un sistema con flujo de personas bidireccional.
Nota: Este artículo fue presentado y publicado en el Libro de Comunicaciones del I Congreso Ciudades Inteligentes.