ES2236642T3 - Procedimiento para la verificacion de hermeticidad de vehiculos. - Google Patents

Procedimiento para la verificacion de hermeticidad de vehiculos.

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ES2236642T3 ES03011573T ES03011573T ES2236642T3 ES 2236642 T3 ES2236642 T3 ES 2236642T3 ES 03011573 T ES03011573 T ES 03011573T ES 03011573 T ES03011573 T ES 03011573T ES 2236642 T3 ES2236642 T3 ES 2236642T3
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Tim Berlitz
Michael Meister
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DB Reise and Touristik AG
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Procedimiento para la verificación de hermeticidad de vehículos, en el cual se verifica el sellado de un volumen de aire del área interior del vehículo con respecto a un volumen de aire del área exterior del vehículo, caracterizado porque la verificación de hermeticidad se realiza durante el funcionamiento al ingresar el vehículo en una modificación de la sección transversal y/o al atravesar el vehículo la misma, en donde una medida para la hermeticidad de presión del vehículo es un retraso de tiempo, durante el cual la presión de aire en el área interior del vehículo se adecua a la presión de aire del área exterior del vehículo alterada por la modificación transversal.

Description

Procedimiento para la verificación de hermeticidad de vehículos.
La invención se refiere a un procedimiento para la verificación de hermeticidad de vehículos, especialmente de vehículos sobre carriles, véase por ejemplo el documento EP-A2-0432669.
Se requiere una hermeticidad de vehículos cuando los vehículos ingresan a alta velocidad en una sección transversal distinta o se desplazan dentro de un estrechamiento de la sección transversal. Una modificación de la sección transversal constituye especialmente el ingreso en un túnel, la salida de un túnel o el encuentro con otro vehículo en el interior del túnel. A causa de ello, se producen variaciones de la presión de aire en el interior del vehículo, las que, a partir de una determinada envergadura, son consideradas molestas por los pasajeros y, por lo tanto, afectan el confort del viaje.
Al ingresar un tren en un túnel, en primera instancia ingresa la cabeza del tren en el volumen gaseoso del túnel. Para ello, se debe desplazar, es decir, mover el aire que se encuentra frente al tren. Esta modificación de velocidad del aire implica una modificación de presión en forma de un aumento de presión, que se desplaza junto con la velocidad de propagación de interferencias en el aire, la velocidad del sonido, hacia la otra puerta del túnel. Al ingresar la parte posterior del tren en el túnel, el aire ingresa en la sección transversal que se encuentra nuevamente libre, lo que produce una reducción de presión, la que también atraviesa el túnel a la velocidad del sonido. Al salir el tren del túnel, la cabeza del tren produce un aumento de presión y la parte posterior una reducción de la presión. Las ondas descritas son reflejadas en las puertas del túnel y retornan varias veces con signo invertido en cada caso, es decir, aumentos de presión como descensos de presión y viceversa. Durante la operación se distinguen dos casos:
El viaje individual (marcha por el túnel de un tren individual) que representa el caso habitual de operación, y el viaje de encuentro (encuentro de dos trenes en el túnel), en el cual pueden presentarse las mayores cargas aerodinámicas.
Modificaciones de presión durante la marcha por el túnel de un tren individual (viaje individual)
La Figura 1 muestra un diagrama x-t y la Figura 2 un diagrama p-t, un diagrama de un viaje sin encuentro (viaje individual) de un tren con una velocidad de 300 km/h a través de un túnel de 1000 m de longitud con una sola trocha, con una superficie de sección transversal de 60,1 m^{2}.
En la Figura 1, el tren es representado por líneas negras para la parte anterior (continuas) y la parte posterior (discontinuas) en la sección superior del diagrama. Durante la marcha es "superado" varias veces por las ondas de presión (líneas grises) producidas por él mismo. La Figura 2 muestra, que ello cada vez produce una modificación de presión en la parte exterior del tren, siendo que los valores de presión se distinguen claramente entre sí en distintas posiciones del eje longitudinal del tren.
Modificaciones de presión al encontrarse trenes en el túnel (viaje de encuentro)
Si dos trenes se trasladan simultáneamente o con diferencia de tiempo a través de un túnel, se superponen para los viajes individuales los diagramas de ondas ya presentados anteriormente para un tren solo. De ese modo, en el caso extremo, durante el encuentro con un tren del mismo tipo y a la misma velocidad se pueden producir modificaciones de presión aumentadas 2,5 a 2,7 veces respecto del viaje individual.
Modificaciones de presión en el interior del vehículo y diferencias de presión
Las modificaciones de presión previamente descritas se producen del lado externo del tren. Se propagan con diferente intensidad en el interior del vehículo dependiendo de la hermeticidad del vehículo. Para vehículos herméticos sin regulación activa de presión interior, la evolución de diferencia de presión p(t) entre presión externa e interna como función del tiempo t durante una aumento p_{o} puede describirse con satisfactoria exactitud, mediante una función exponencial:
(1)\Delta p(t) = \Delta p_{o}.e^{- \tfrac{t}{\tau}}
El coeficiente para la hermeticidad de presión \tau allí es una magnitud específica del vehículo y se puede considerar como medida de la hermeticidad; cuanto mayor es el valor de \tau, tanto más hermético es el vehículo.
En vehículos no herméticos (\tau = 0), la evolución de la presión interna es directamente paralela a la evolución de la presión externa, es decir, los efectos para los pasajeros son máximos. Como medida para contrarrestar, se sellan los vehículos, el acondicionador de aire comienza a funcionar, durante la duración del viaje por el túnel, de un modo especial de protección contra la presión, dado que caso contrario las aberturas para el aire fresco y el aire de escape constituirían enormes "pérdidas de hermeticidad", de modo que carecerían de sentido cualesquiera otras medidas de sellado. Aquí se distingue entre la protección activa contra la presión y la protección pasiva contra la presión. En la protección pasiva contra la presión, las aberturas de entrada y salida de aire del equipo acondicionador son cerradas por tapas de cierre rápido, el acondicionador trabaja en un modo de operación solamente con aire del ambiente. En la protección activa contra la presión, los ventiladores especiales suministran de forma permanente, independientemente de la evolución de presión externa, un flujo de aire fresco al interior del vehículo, que es reducido respecto del funcionamiento normal.
Los efectos más importantes de las medidas de sellado en vehículos son:
-
las amplitudes de las diferencias de presión en el área interior del vehículo se reducen al aumentar el valor \tau
-
la velocidad, con la que se producen las modificaciones de presión (gradiente) se reduce al aumentar el valor \tau
Ambos son parámetros que afectan esencialmente el así llamado confort de presión. En los así llamados criterios de confort del ferrocarril alemán "Deutsche Bahn AG", se describen los valores límite permitidos que no deberían ser excedidos en frecuentes viajes atravesando túneles:
TABLA 1 Valores límite de confort en vehículos sobre rieles con frecuentes viajes atravesando túneles
Diferencia de presión [Pa] Intervalo de tiempo [s]
500 1
800 \leq 3
1000 \leq 10
El así llamado criterio de salud de la empresa ferroviaria Deutsche Bahn AG se basa en el caso menos frecuente del viaje de encuentro. En ese caso, la diferencia de presión en ningún momento debe exceder un valor de 10 kPa durante un viaje a través de un túnel. Este valor límite incluso es menor en un factor 2, al valor al que los operadores de transporte aéreo someten a sus pasajeros.
Por lo tanto, para la operación segura y confortable, es importante para el operador del vehículo si aún se garantiza el confort de presión para los pasajeros, o si el vehículo se debe mejorar, es decir, sellar mejor, por ejemplo, en ocasión de la próxima revisión.
Según el estado de la técnica, los trenes de alta velocidad son separados durante la revisión para la verificación de sellado y cada vehículo recibe un tratamiento individual. Para ello cada vehículo es sellado en los extremos con tabiques, es cargado con presión y se mide la hermeticidad a través de la caída de presión en el interior del vehículo. Una desventaja de este método es que al colocar tabiques en los extremos de los vehículos, se producen pérdidas adicionales de hermeticidad, no se pueden registrar las pérdidas existentes en las superficies de sellado de los pasos entre vehículos, siendo que este método presenta, por lo tanto, fallas e implica un dispendio de tiempo. Además, esta verificación está sujeta a netos esquemas temporales (revisión), de modo que la verificación se realiza innecesariamente en los casos, en cuales los vehículos aún presentan una buena hermeticidad.
Por lo tanto, es objeto de la invención indicar un procedimiento, en el cual con reducido dispendio se determinen de inmediato y de modo confiable todas las fallas de hermeticidad en los vehículos.
Estos objetos se cumplen según la invención con relación al concepto general de la reivindicación principal a través de las características indicadas en la reivindicación 1. Son ventajas de la invención con respecto al estado de la técnica que
1.
se descubren de inmediato las fallas de hermeticidad producidas, de modo que se puede subsanar a la brevedad el menor confort para los pasajeros,
2.
la hermeticidad del vehículo es verificada en funcionamiento y, con ello, sin necesidad de tomar medidas adicionales durante la revisión,
3.
la verificación de hermeticidad se puede llevar a cabo en el vehículo completo, no habiendo así necesidad de separarlo en sus distintas partes, especialmente los vagones.
De acuerdo con la reivindicación 2, la verificación de hermeticidad es realizada por un dispositivo de protección de presión instalado en el vehículo. Los datos necesarios para la verificación de hermeticidad respecto de la presión de aire en el área interna y externa del vehículo son provistos por el dispositivo de protección de presión ya previsto en el vehículo, especialmente a través de la protección de presión activa y pasiva; en la protección de presión pasiva, las aberturas de entrada y salida de aire del acondicionador de aire son cerradas por tapas de cierre rápido; en la protección de presión activa, ventiladores especiales suministran independientemente del transcurso de presión externa de forma permanente un flujo de aire fresco reducido con respecto al funcionamiento normal al interior del vehículo. Por lo tanto, para la verificación de hermeticidad sólo se deben realizar pequeñas modificaciones en los equipos ya existentes en el vehículo. Este procedimiento representa, en consecuencia, una solución de costo especialmente adecuado.
De acuerdo con la reivindicación 3, al alcanzar un valor de la hermeticidad de presión del vehículo que equivale al límite inferior de confort, el vehículo envía de forma automática una notificación a una planta de mantenimiento. La verificación de hermeticidad, por ende, ya no está sujeta a netos cronogramas de tiempo dentro de los plazos fijados de revisión, sino que es realizada por un mantenimiento orientado en las necesidades. Ello evita un dispendio innecesario durante la revisión.
De acuerdo con la reivindicación 4, se indica el valor del límite inferior del confort de la hermeticidad de presión, el que para el coeficiente de la hermeticidad de presión \tau es de 18 segundos.
De acuerdo con la reivindicación 5, a través del archivo cronológico acumulado o la lectura del coeficiente para la hermeticidad de presión, se obtiene información respecto del desarrollo de la hermeticidad de presión del vehículo en operación. Ello permite una planificación optimizada en tiempo y costo de la revisión de los vehículos, así como una posible optimización de los vehículos respecto de su hermeticidad de presión.
De acuerdo con la reivindicación 6, a través del registro y almacenamiento de los casos de carga se obtiene información respecto del caso de cargo producido, es decir, de las cargas, a las que estuvo sometido el vehículo durante su existencia, o bien, durante su período en funcionamiento desde la última lectura de la memoria.
Los procedimientos según las reivindicaciones 5 y 6 permiten un desarrollo definido de nuevos vehículos sobre la base de datos detallados del informe de condiciones de carga. De ese modo se posibilita el acceso a los datos determinados hasta el momento de la evolución de la hermeticidad de presión durante la operación, así como a los casos de carga producidos de los vehículos actualmente en servicio.
La invención se explica a continuación mediante un ejemplo de realización.
En los trenes a alta velocidad de última generación de la empresa ferroviaria Deutsche Bahn AG, denominados en adelante ICE 3, se asegura la protección de presión mediante un sistema pasivo a través de tapas. Estas tapas obturan las aberturas del acondicionador de aire del vehículo en el caso de ingresar y/o atravesar el vehículo una modificación de sección transversal, sellando así el vehículo. La apertura y el cierre de las tapas a través de sensores de presión en el área interior y en el área exterior del vehículo, son regulados por una computadora en el vehículo, que determina la diferencia de los valores de presión en el área exterior e interno del vehículo. Los sensores de presión en el área exterior del vehículo están fijados en perforaciones en la capa externa del vehículo.
En el ejemplo de realización, el ICE 3 avanza a una elevada velocidad constante, especialmente a 300 km/h, en primera instancia en una superficie plana y abierta. Debido a la presión de aire que se mantiene uniforme de modo constante en el área externa del ICE 3, están abiertas las tapas del sistema de protección de presión, de modo que existe un equilibrio entre la presión de aire en el área externa y en el área interna del vehículo. Al ingresar en un túnel de pronto se produce una repentina modificación de presión en el área externa del vehículo, se cierran las tapas del sistema de protección de presión. Debido a la hermeticidad del vehículo se garantiza, por lo tanto, que la presión en el área interior del vehículo según la ecuación (1) se adapte sólo lentamente a la presión modificada del área exterior del vehículo. Este proceso de adaptación es registrado por la computadora del vehículo y se determina el coeficiente para la hermeticidad de presión \tau. Si el coeficiente determinado para la hermeticidad de presión \tau es menor a un determinado valor límite del confort, si especialmente \tau < 18 s, el vehículo no es hermético. En caso que el vehículo no sea hermético, la computadora a través de un equipo de comunicación del vehículo emite un aviso a una planta de mantenimiento, la que ordena una inmediata verificación del vehículo.

Claims (6)

1. Procedimiento para la verificación de hermeticidad de vehículos, en el cual se verifica el sellado de un volumen de aire del área interior del vehículo con respecto a un volumen de aire del área exterior del vehículo, caracterizado porque la verificación de hermeticidad se realiza durante el funcionamiento al ingresar el vehículo en una modificación de la sección transversal y/o al atravesar el vehículo la misma, en donde una medida para la hermeticidad de presión del vehículo es un retraso de tiempo, durante el cual la presión de aire en el área interior del vehículo se adecua a la presión de aire del área exterior del vehículo alterada por la modificación transversal.
2. Procedimiento para la verificación de hermeticidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la verificación de hermeticidad es realizada por un dispositivo de protección de presión del vehículo.
3. Procedimiento para la verificación de hermeticidad de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque al alcanzar un valor de la hermeticidad de presión del vehículo que equivale al límite inferior de confort, el vehículo envía de forma automática una notificación a una planta de mantenimiento.
4. Procedimiento para la verificación de hermeticidad de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el valor del límite inferior del confort de la hermeticidad de presión para el coeficiente de la hermeticidad de presión \tau es de 18 segundos.
5. Procedimiento para la verificación de hermeticidad de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque a través del archivo cronológico acumulado o la lectura del coeficiente para la hermeticidad de presión se obtiene información respecto del desarrollo de la hermeticidad de presión del vehículo en operación.
6. Procedimiento para la verificación de hermeticidad de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque a través del registro y almacenamiento de los casos de carga se obtiene información respecto del caso de cargo producido, es decir, de las cargas, a las que estuvo sometido el vehículo durante su existencia, o bien, durante su período en funcionamiento desde la última lectura de la memoria.
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