La oscilación de lazo, o en inglés hunting oscillation —de ahí el juego de palabras del título con reminiscencias al Octubre Rojo—, es un efecto que puede aparecer en trenes que circulan por vías rectas a velocidades altas, consecuencia de la conicidad de las ruedas y de su movimiento solidario en ejes. Consiste en una oscilación lateral con una frecuencia cercana al hercio, que debería ser suprimida por el conjunto de suspensión del tren. Debería. Pero esta historia está empezando por el final. Rebobinemos un par de días.
Estaba yo embarcado en un Frecciarossa 1000, también conocido como S-109 (este era el 109-002), de camino a Barcelona desde Madrid. A pesar de las limitaciones de velocidad que, en aplicación del principio de precaución, instaura Adif últimamente con alegría tan comprensible como frustrante, había tramos en los que el tren superaba los 250 kilómetros por hora. Habíamos pasado Ricla, camino de Zaragoza, cuando lo noté. El tren me estaba meciendo con una oscilación ni muy rápida ni muy lenta. Izquierda, derecha, izquierda, derecha, izquierda.
Podría haber reaccionado como cualquier humano normal y dormirme. No en vano iba en uno de los coches de clase preferente, o como quiera que la llame Iryo (súper confort infinity plus que-lo-flipas, quizá). Tenía para mí solo un butacón enorme. Sin embargo, el espíritu de ferroviario que me posee de vez en cuando hizo justo lo contrario. Me aguzó los sentidos. Zas, esto es un movimiento de lazo.
Un aparte: el movimiento de lazo
Las ruedas del tren se apoyan sobre las cabezas de los carriles y ninguna de las dos superficies es plana. La cabeza del carril se curva ligeramente hacia los lados, de forma un poco más pronunciada hacia dentro de la vía. La rueda, por su parte, es un tronco de cono en el que la diferencia entre el diámetro exterior —el menor— y el interior es pequeña, pero perceptible.
En condiciones ideales, la conicidad de las ruedas sirve para inscribir perfectamente el tren en las curvas sin necesidad de un dispositivo de tipo diferencial que permita que las ruedas giren a velocidades distintas, como el que montan los vehículos de carretera. En una curva a la derecha, el tren tenderá a desplazarse a la izquierda como resultado de la fuerza centrípeta. La conicidad hace automáticamente que el radio de giro del lado izquierdo aumente, mientras que disminuye en la misma medida por el derecho. Como consecuencia de ello, las velocidades tangenciales en los puntos de contacto crecen a la izquierda y bajan a la derecha. Recordemos: la curva del ejemplo era a la derecha, con lo que el lado izquierdo del tren tiene que recorrer una distancia un poco más larga que el derecho si pretendemos que las ruedas se mantengan encarriladas. La diferencia de velocidad que se genera mediante el truco geométrico de la conicidad es la justa y necesaria para que el tren avance perfectamente encarrilado, siempre que la velocidad de entrada en la curva sea la necesaria para superarla dado su radio y su peralte. Pero no os fiéis de mí. Os lo va a explicar Richard Feynman.
Feynman, que era muy listo, introduce en esta explicación una cuestión interesante. ¿Qué pasa si no estamos en una curva, pero, por lo que sea, el eje se desplaza un poco hacia un lado? Cuando la velocidad del tren es relativamente baja, ocurre exactamente lo que sucedería en una curva. La diferencia de radios en las ruedas produce velocidades tangenciales distintas y el eje se encarrila solo. ¿Y si vamos más rápido?
En una recta, el comportamiento del conjunto carriles-ruedas-eje está naturalmente centrado. La fuerza de la gravedad y el rozamiento hacen lo suyo si una perturbación cualquiera saca al eje de su posición centrada porque el sistema es simétrico. Esto funciona a velocidades bajas. Pero cuando las locomotoras de vapor de finales del siglo XIX empezaron a superar los 150 kilómetros por hora empezaron a ver una historia diferente. La velocidad exacta a la que comienza a aparecer la inestabilidad depende del caso concreto, pero llega un momento en el que la corrección automática que supone la diferencia de radios termina siendo excesivamente intensa. El eje rebasa el centro y la diferencia se invierte. El movimiento cambia de sentido. Aparece así una oscilación, llamada «de lazo» en español. En inglés se dice hunting oscillation porque el eje va «buscando» su posición centrada, primero hacia un lado, pasándose, luego hacia el otro y así sucesivamente. El verbo to hunt lleva dentro tanto la captura de una presa como la persecución de la caza, detalle que a los hispanoparlantes se nos escapa si lo traducimos solo como «cazar».
Un tren de alta velocidad como es debido tendría que contrarrestar el movimiento de lazo. No se trata de dejar a los pasajeros que se duerman o no. Si la inestabilidad no se compensa y se deja crecer, las pestañas de las ruedas acabarán rozando alternativamente, primero de un lado y luego del otro, en los laterales internos de las cabezas de los carriles. Esto no debe ocurrir, por el desgaste que conlleva tanto en la vía como en las ruedas del tren. Yo no lo había notado antes en otros modelos de tren. Desde luego no en el Velaro de Siemens, el S-103 que opera Renfe bajo la marca Ave en el Madrid-Barcelona, y tampoco en ninguno de los Talgos, ni el S-102, ni el S-112 y tampoco en el S-106 Avril, pese a su fama. El conjunto de suspensión primaria y secundaria del Velaro se comporta con aplomo. Los Talgos, por su lado, no tienen ejes siquiera, salvo en las cabezas tractoras. Sus ruedas («rodales») giran independientemente las unas de las otras, y por tanto no tienen la posibilidad de oscilar del modo que estoy describiendo. Que la calidad de la rodadura sea más tendente a mostrar vibraciones es otra historia, pero la oscilación de lazo propiamente dicha no es posible.
Volviendo al relato
En esas estaba yo cuando me dije que una cosa es sentir, pero otra, medir. Dicho y hecho. Arranqué Phyphox en mi listófono Android, seleccioné la opción «Aceleración (sin g)» para registrar datos del acelerómetro interno del aparato y grabé un rato con el teléfono descansando sobre la mesita del asiento. Exporté los datos grabados como hoja de cálculo y los abrí en el portátil. Me quedé con los datos del eje X, que corresponde con el ancho del teléfono y por tanto con el del movimiento de lazo. En los datos había marcas de tiempo en segundos y valores de aceleración en metros por segundo al cuadrado. Representando un intervalo en el que el registro era más o menos limpio, podía verse esto:
El movimiento de lazo aparece un tanto oscurecido entre el ruido como una oscilación de un periodo aproximado de un segundo, con máximos de aceleración entre 0,2 y 0,4 metros por segundo al cuadrado. Nada como una aplicación juiciosa de la función FOURIER de LibreOffice Calc para ver las cosas más claras en el dominio de la frecuencia:
Mejor ahora, ¿verdad? Después de aplicar un filtro DC (hacer cero los datos de frecuencias cero y muy bajas) y suavizando el ruido con un promedio móvil de cincuenta muestras, se ve un pico claro alrededor de un hercio. ¡Ese es el movimiento de lazo que estaba notando! Hay otro pico, interesante, un poco por encima de 15 hercios. Probablemente una resonancia del sistema de suspensión.
Esto no es más que el equivalente del siglo XXI de los cálculos de servilleta de toda la vida. No os fijéis en la intensidad de las aceleraciones, porque al sensor del móvil no le ha dado el olor de una calibración ni de cerca ni de lejos. Menos todavía en la amplitud de los picos en el dominio de la frecuencia, que ni me molesté en normalizar. Una medida seria se hace con un acelerómetro de verdad sobre los bogies del tren, o en su defecto, en el suelo de los coches. Falta, también, información detallada de posición y de velocidad, que no grabé y que podría servir para descartar que haya algún problema en la vía. Pero lo que nadie puede negar es que el fenómeno existe. Ya no soy un cuñado cualquiera diciendo que notó que el tren le mecía. He ascendido a ingeniero cuñado.
Cada uno se divierte como quiere. Por otro lado, parece que los ingenieros de Iryo tienen trabajo que hacer en esos talleres de los que no disponen y que pretenden, Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia mediante, que Renfe les ceda.
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