Fui consciente por primera vez en Viena, en la estación del aeropuerto. Las locomotoras cantaban al arrancar. Fa, sol, la, si, do, re, mi… De fa₃ a re₄, dos escalas diatónicas casi enteras1, razonablemente bien afinadas para un monstruo de 1600 toneladas, sonaban conforme el tren comenzaba su aceleración antes de diluirse en el sonido usual de la máquina eléctrica.
La sorpresa inicial se disipó y empecé a pensar cómo era posible semejante maravilla. ¡Una pequeña «sonata para locomotora», en Viena! ¿Qué podía haber más bien traído?
Todas las máquinas eléctricas emiten sonidos. No se trata tan solo de los habituales ruidos producidos por rozamientos mecánicos. Y, desde luego, no de las bárbaras explosiones más o menos contenidas propias de motores de combustión interna. La maquinaria interna contiene elementos que generan campos electromagnéticos variables. Es esta variabilidad la que se transmite, a través de efectos magnéticos, a piezas metálicas que terminan vibrando y generando, por tanto, sonido.
Lo extraordinario aquí es que este sonido corresponda con una escala reconocible. Los ingenieros que diseñaron estas locomotoras, el modelo de Siemens Mobility conocido como Taurus ES62U2, aprovecharon el comportamiento de un elemento concreto de la cadena de tracción para crear este efecto.
Las locomotoras eléctricas suelen estar impulsadas por máquinas denominadas motores asíncronos. Estos necesitan alimentarse con corriente alterna en tres fases —es decir, con la misma variación de vaivén en su diferencia de potencial, pero retrasadas en el tiempo unas respecto a otras— para poder generar la fuerza electromotriz necesaria entre su parte estática (el estátor) y su parte giratoria (el rotor). Sin embargo, esto no basta. Para poder controlar el esfuerzo (el par motor) y su velocidad, la diferencia de potencial entrante y la frecuencia deben variarse de acuerdo a una regulación compleja. En el arranque necesitamos aplicar un par concreto a las llantas, a una velocidad muy baja, para evitar que patinen. La baja adherencia del contacto acero-acero de la rueda y el raíl no juega a nuestro favor en este momento. Cuando el vehículo ya está en movimiento se puede reducir el par y aumentar la velocidad para llevar el motor a una región de funcionamiento estable.
La alimentación eléctrica que proviene del hilo de contacto, lo que solemos llamar para abreviar «catenaria», puede ser de corriente continua o alterna. Si es continua, tenemos que generar las fases de corriente alterna de frecuencia variable de algún modo. Si es alterna no lo tenemos mejor, porque cada locomotora que atraviese un mismo tramo va a necesitar, en función de su velocidad, una frecuencia distinta. Además, la catenaria solo puede dar una fase al tener tan solo un hilo conductor. De modo que tenemos, también, que convertir esta corriente para que adopte los valores de diferencia de potencial, frecuencia y fase que interesen para la tracción en cada momento.
En primer lugar, la alimentación que proviene de la catenaria es transformada y rectificada en corriente continua mediante aparatos llamados, poco sorprendentemente, «transformador principal» y «rectificador principal». A partir de esta corriente continua se crea de nuevo la alterna, pero ahora en tres fases y con diferencia de potencial y frecuencia variables. El aparato que realiza esta función es el convertidor de tracción, y está basado en unos dispositivos llamados transistores bipolares de puerta aislada o IGBT por sus siglas en inglés.
Es este convertidor de tracción el que genera frecuencias crecientes para alimentar los motores y, así, aumentar suavemente la velocidad controlando a la vez el par motor. En otras locomotoras o trenes automotores solo se aprecia un sonido de frecuencia creciente, de grave a agudo, conforme arranca el vehículo. Pero en este modelo de locomotora de Siemens los ingenieros alemanes decidieron marcarse un tanto y afinar sus equipos para que el ruido generado correspondiera con notas reconocibles.
Son estos pequeños detalles los que nos recuerdan que la ingeniería es, también, una forma de arte.
Bibliografía
[Mustafa et al., 2018] Mustafa, M., Al-Mahadin, A., Kanstad, B., & Calay, R. (2018). Fuel cell technology application for Dubai rail systems. 1-7. https://doi.org/10.1109/ICASET.2018.8376798
[Mondal 2021] Mondal, M. (2021). Torque-Speed Curve: Understanding Induction Motor Behavior. https://www.engineeringdevotion.com/electrical-machines/lecture/IM-torque-speed-characteristics.html
- Mis disculpas si mi oído, para nada absoluto, me traiciona y las notas no son las que afirmo. Los intervalos sí deberían ser los correctos. ↩︎
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