30
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 50000 100000 150000 200000 250000 Velocidad km/h Fuerza resistente y de empuje en N Fuerza de empuje de tren (locomotora) Fuerza resistente al tren

DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

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0 10 20 30 40 50 60 70 800

50000

100000

150000

200000

250000

Velocidad km/h

Fuer

za re

siste

nte

y de

em

puje

en

N

Fuerza de empuje de tren (locomotora)

Fuerza resistente al tren

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MOVIMIENTO DE UN TRENPara determinar las variables relevantes que determinan el movimiento de un trenPara lograr este objetivo se analizarán los siguientes aspectos:ºLos esfuerzos resistentes debido al movimiento a una velocidad determinada, tomandoºLas limitaciones del esfuerzo de tracción ejercidas en las ruedas a una velocidad dada a causa de la adherencia de la locomotoraºEl esfuerzo de tracción necesario en velocidadA) Resistencia en línea recta y trazado horizontal (Fórmula de Davis)

1.1.- Resistencia al rodado de locomotoraMasa del cocheNúmero de ejes del cocheSuperficie frontal del cocheVelocidad del cocheABCD

B) Resistencia por curvatura (Fórmula de Desdowitz)

Page 3: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

2.1.- Resistencia por curvaturaTrocha de la víaRadio de curva de la víaMasa de locomotoraAceleración de la gravedad

C) Cambios energéticos del tren debido a la pendiente

3.1.- Resistencia debida a la pendienteMasa de locomotoraAceleración de la gravedadAngulo de via y plano horizontal

D) Fuerza de empuje del tren

4.1.- Fuerza de empuje del trenPotencia nominal de la locomotoraVelocidad del tren

Page 4: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

E) Fuerza de empuje máxima (arranque)

5.1.- Fuerza de empuje máximaCoeficiente de roce entre rueda y riel (adherencia)Aceleración de la gravedadPeso adherente de la locomotoraCoeficiente de estado de vía férreaVelocidad del tren partidaMasa de la locomotoraNúmero de ejes tracciónNúmero de ejes total

Page 5: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

6.- Gráfica para fuerza resistente

Velocidad Resistencia al rodado en línea recta Newton Resistencia por curva0.5 10336.294649436 535501 10387.710657744 535502 10492.676750976 535504 10711.145243904 535506 10940.995478784 535508 11182.227455616 53550

10 11434.8411744 5355014 11974.213837824 53550

18.966253 12707.2308591623 5355021.973 13185.1320721974 53550

22 13189.540068096 5355024.34 13579.4464998973 53550

31.85555058 14937.1182885484 5355038 16166.516142336 5355042 17024.577580416 5355050 18877.28136 53550

52.18214 19414.2498974285 5355060 21449.2502784 5355065 22841.9385684 5355070 24305.7627456 5355075 25840.72281 5355080 27446.8187616 5355090 30872.4183264 53550

Velocidad Fuerza resistente total Velocidad0.5 153850.29 0.51 153901.71 12 154006.68 24 154225.15 46 154455.00 68 154696.23 8

10 154948.84 1014 155488.21 14

18.966253 156221.23 18.96625321.973 156699.13 21.973

22 156703.54 2224.34 157093.45 24.34

31.85555058 158451.12 31.8555505838 159680.52 3842 160538.58 4250 162391.28 50

Page 6: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

52.18214 162928.25 52.1821460 164963.25 6065 166355.94 6570 167819.76 7075 169354.72 75

ARICA LA PAZ

Un tren de mercancias de 1000 toneladas se refrentará en una pendiente descendente de 10 por mil a la velocidad de 55 km/h aprox. Sin freno de aire

Un tren de mercancias de 320 toneladas se refrentará en una pendiente descendente de 30 por mil a la velocidad de 38 km/h aprox. Sin freno de aire

Un tren de mercancias de 600 toneladas se refrentará en una pendiente descendente de 20 por mil a la velocidad de 35 km/h aprox. Sin freno de aire

Un tren de mercancias de 140 toneladas se refrentará en una pendiente descendente de 60 por mil a la velocidad de 15 km/h aprox. Sin freno de aire

Un tren de mercancias de 320 toneladas se refrentará en una pendiente descendente de 30 por mil a la velocidad de 38 km/h aprox. Sin freno de aire

Page 7: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

MOVIMIENTO DE UN TREN

1869.53424 Newton90 toneladas

611.368 metros cuadrados

25 kilometros/hora6.37 Valor de tabla 2.1.

128.87 Valor de tabla 2.1.0.091336 Valor de tabla 2.1.0.044688 Valor de tabla 2.1.

E29
Carlos Beltran: Introducir dato
E30
Carlos Beltran: Introducir dato
E31
Carlos Beltran: Introducir dato
E32
Carlos Beltran: Introducir dato
E33
Carlos Beltran: Introducir con dato
E34
Carlos Beltran: Introducir dato
E35
Carlos Beltran: Introducir dato
E36
Carlos Beltran: Introducir dato
Page 8: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

6300 Newton1 metros

70 metros90 toneladas

9.8 metros por segundo cuadrado

10584.00 Newton90 Toneladas

9.8 metros por segundo cuadrado12 tanto por mil

164160 Newton1140000 Watt

25 kilómetro por hora

E50
Carlos Beltran: Introducir dato
E51
Carlos Beltran: Insertar dato
E52
Carlos Beltran: Insertar dato
E53
Carlos Beltran: Insertar dato
E67
Carlos Beltran: Insertar dato
E68
Carlos Beltran: Insertar dato
E69
Carlos Beltran: Insertar dato
E85
Carlos Beltran: Insertar dato
E86
Carlos Beltran: Insertar dato
Page 9: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

22.5076796203 toneladas220800.34 Newtons

0.250085 Valor de 25% de adherencia en LDE serie 10009.81 metros por segundo cuadrado

90000 kilogramos1 Vía seca

0.00588 kilometro por hora90 toneladas

66

E122
Carlos Beltran: Insertar dato
E124
Carlos Beltran: Insertar dato
E125
Carlos Beltran: Insertar dato
E126
Carlos Beltran: Insertar dato
E127
Carlos Beltran: Insertar dato
E128
Carlos Beltran: Insertar dato
Page 10: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

Resistencia por pendiente Fuerza de empuje Fuerza de empuje máxima89964.00 8208000 220800.3370750189964.00 4104000 220800.3370750189964.00 2052000 220800.3370750189964.00 1026000 220800.3370750189964.00 684000 220800.3370750189964.00 513000 220800.3370750189964.00 410400 220800.3370750189964.00 293142.857142857 220800.3370750189964.00 216384.332740895 220800.3370750189964.00 186774.678013926 220800.3370750189964.00 186545.454545455 220800.3370750189964.00 168611.33935908 220800.3370750189964.00 128831.551339647 220800.3370750189964.00 108000 220800.3370750189964.00 97714.2857142857 220800.3370750189964.00 82080 220800.3370750189964.00 78647.5985844965 220800.3370750189964.00 68400 220800.3370750189964.00 63138.4615384615 220800.3370750189964.00 58628.5714285714 220800.3370750189964.00 54720 220800.3370750189964.00 51300 220800.3370750189964.00 45600 220800.33707501

Fuerza de empuje220800.33707501220800.33707501220800.33707501220800.33707501220800.33707501220800.33707501220800.33707501220800.33707501220800.33707501

186774.678013926186545.454545455168611.33935908

128831.551339647108000

97714.285714285782080

Page 11: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

78647.598584496568400

63138.461538461558628.5714285714

54720

Un tren de mercancias de 1000 toneladas se refrentará en una pendiente descendente de 10 por mil a la velocidad de 55 km/h aprox. Sin

Un tren de mercancias de 320 toneladas se refrentará en una pendiente descendente de 30 por mil a la velocidad de 38 km/h aprox. Sin freno

Un tren de mercancias de 600 toneladas se refrentará en una pendiente descendente de 20 por mil a la velocidad de 35 km/h aprox. Sin freno

Un tren de mercancias de 140 toneladas se refrentará en una pendiente descendente de 60 por mil a la velocidad de 15 km/h aprox. Sin freno

Un tren de mercancias de 320 toneladas se refrentará en una pendiente descendente de 30 por mil a la velocidad de 38 km/h aprox. Sin freno

Page 12: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

MOVIMIENTO DE UN TREN

Número de vagones de carga 9

Newton 1.2.- Resistencia al rodado de la carga 11822.7029 Newtontoneladas Masa del coche con carga 75 toneladas

Número de ejes del coche 4Superficie frontal del coche 11Velocidad del coche 25A 6.37B 128.87C 0.137004D 0.00923944

N29
Carlos Beltran: Introducir dato
N30
Carlos Beltran: Introducir dato
N31
Carlos Beltran: Introducir dato
N32
Carlos Beltran: Introducir dato
N33
Carlos Beltran: Introducir con dato
N34
Carlos Beltran: Introducir dato
N35
Carlos Beltran: Introducir dato
N36
Carlos Beltran: Introducir dato
Page 13: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

2.2.- Resistencia por curvatura 47250Trocha de la vía 1Radio de curva de la vía 70Masa del coche 75

metros por segundo cuadrado Aceleración de la gravedad 9.8 metros por segundo cuadrado

Newton 3.2.- Resistencia debida a la pendiente 79380.00 NewtonToneladas Masa del vagon de carga 75 Toneladas

metros por segundo cuadrado Aceleración de la gravedad 9.8 metros por segundo cuadradotanto por mil Angulo de via y plano horizontal 12 tanto por mil

kilómetro por hora

N50
Carlos Beltran: Introducir dato
Page 14: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

NewtonsValor de 25% de adherencia en LDE serie 1000

metros por segundo cuadradokilogramos

Vía secakilometro por hora

toneladas

Page 15: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

Fuerza resistente total153850.29153901.71154006.68154225.15154455.00154696.23154948.84155488.21156221.23156699.13156703.54157093.45158451.12159680.52160538.58162391.28162928.25164963.25166355.94167819.76169354.72170960.82174386.42

Page 16: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

Para arrastrar675 toneladas de carga

metros cuadradoskilometros/horaValor de tabla 2.1.Valor de tabla 2.1.Valor de tabla 2.1.Valor de tabla 2.1.

Page 17: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

Newtonmetrosmetrostoneladas

metros por segundo cuadrado

NewtonToneladas

metros por segundo cuadradotanto por mil

Page 18: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx
Page 19: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

0 500 1000 1500 2000 2500 30000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Velocidad RPM de motor de tracción MB-418BVR

Torq

ue N

-m d

e m

otor

de

trac

ción

MD-

418

BVR

Page 20: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

Análisis de motores de tracción para uso ferroviarioA) Característica dinamicaLas curvas de características de los motores de tracción eléctricas de corriente continuapara servicio ferroviario contemplan características bien definidas como se muestra a continuación:

De esta gráfica se pueden obtener diferentes condiciones de funcionamientopor ejemplo para una corriente de 200 A el esfuerzo tractivo es de 35 lbf y la velocidad es de 60 mphTodo esto se cumple para un diámetro de rueda de 40 inch., 600 V, y una relación de transmisión63/20.Algunas relaciones importantes para análisis:

**Las curvas de eficiencia son realizadas a una temperatura de 75°C**La velocidad de la locomotora es proporcional al diametro de las ruedas**La velocidad de la locomotora varia de manera inversamente proporcional a la relacion de transmisionde corona/piñon**El esfuerzo tractivo varia de manera directamente proporcional a la relacion de transmision e inversaal diametro de rueda**El esfuerzo tractivo a cualquier corriente es practicamente independiente de la tension, la velocidadvaria en proporcion a la fuerza contra electromotriz.**La caida de tension en la rtesistencia del bobinado de excitación es deducible para cualquier corrienteconociendo su resistencia**La caida de tension en las escobillas es en la practica asumida como 2V.**La diferencia entre el voltaje en terminales y la caida de tension resistiva total es la fuerza contra electromotriz

Page 21: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

Por ejemplo:Para la figura 44, el motor tiene una resistencia de bobina de aproximadamente 0.095 ohms y a 200 Ay 600 V la velocidad del tren es de 30 mph. Con la misma corriente pero a 300 V la velocidad del trendisminuye en una razon de 600V-19V-2V a 300V-19V-2V es decir de 579V a 279Vpor regla de tres la relacion da que la velocidad es de 14,5 mph.

Potencia nominal motor 1 Potencia nominal motor 2550 A 600 A390 V 400 V190 kW 216 kW

6 motores de tracción 6 motores de tracción1140 kW 1296 kW

Esfuerzo tractivo Esfuerzo tractivokg kg

1287 kW 1440 kW115 kW 115 kW

1402 kW 1555 kW1492 kW 1492 kW

90 kW -63 kW15 kW -10.5 kW

En conclusión la potencia del motor diesel es insuficiente

Análisis de características de motores de traccion serie de corriente continua

Proporcionalidades para motor serie DC

aaa

a k

RIVn

akI

acTnkP

cbaa

baa

abaaa

aaabaa

a

kkkn

VT

kkn

VP

Rkkn

VI

RIVIkkn

VIP

2

2

2

Page 22: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

Torque Voltaje en terminales Velocidad de rotación2519.95325424383 390 7202322.38891911111 390 7502147.17910420776 390 7801991.07417619265 390 8101808.08825882353 390 8501612.77008271605 390 900

1306.343767 390 10001079.62294793388 390 1100907.183171527778 390 1200772.984477514793 390 1300666.501921938776 390 1400580.597229777778 390 1500

Torque Velocidad de rotación Torque2519.95325424383 7202322.38891911111 7502147.17910420776 7801991.07417619265 8101808.08825882353 8501612.77008271605 900

1306.343767 10001079.62294793388 1100907.183171527778 1200772.984477514793 1300666.501921938776 1400580.597229777778 1500

Torque Velocidad de rotación1035.48375010019 720954.301824092337 750882.305680558743 780818.160000079164 810742.968548168774 850662.709600064123 900

536.79477605194 1000443.632046323917 1100372.774150036069 1200317.630045001148 1300273.874885740786 1400238.575456023084 1500

cbaa

baa

abaaa

aaabaa

a

kkkn

VT

kkn

VP

Rkkn

VI

RIVIkkn

VIP

2

2

2

Page 23: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

por ejemplo para una corriente de 200 A el esfuerzo tractivo es de 35 lbf y la velocidad es de 60 mph

**La velocidad de la locomotora varia de manera inversamente proporcional a la relacion de transmision

**El esfuerzo tractivo varia de manera directamente proporcional a la relacion de transmision e inversa

**El esfuerzo tractivo a cualquier corriente es practicamente independiente de la tension, la velocidad

**La caida de tension en la rtesistencia del bobinado de excitación es deducible para cualquier corriente

**La diferencia entre el voltaje en terminales y la caida de tension resistiva total es la fuerza contra

Page 24: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

Para la figura 44, el motor tiene una resistencia de bobina de aproximadamente 0.095 ohms y a 200 Ay 600 V la velocidad del tren es de 30 mph. Con la misma corriente pero a 300 V la velocidad del tren

Potencia de salida de motores de tracciónmotores de tracción

Potencia de entrada necesaria para motores de tracciónPotencia necesaria para auxiliares mecánicosPotencia necesaria motores de traccion y auxiliares mecánicosPotencia nominal de motor dieselReserva de potenciaPotencia aprovechable por motor de tracción

Page 25: DINAMICA DE TRENES LOCOMOTORAS SERIE 1000.xlsx

Potencia Voltaje variable190000 0.01656774 250

1306343767

Corriente Voltaje contante Torque Corriente Voltaje constante