ES2637231T3 - Sistema y método de transporte de mercancías - Google Patents

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ES2637231T3 ES05753287.1T ES05753287T ES2637231T3 ES 2637231 T3 ES2637231 T3 ES 2637231T3 ES 05753287 T ES05753287 T ES 05753287T ES 2637231 T3 ES2637231 T3 ES 2637231T3
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Stephen S. Roop
Craig Roco
Leslie E. Olson
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Abstract

Un sistema de transporte de mercancías, que comprende: una vía (500), un par de carriles (504) y una placa de reacción de motor lineal (506) dispuesta entre los carriles (504); un vehículo de transporte (400) con un compartimento de contenedores universales para transporte combinado (402) configurado para admitir una pluralidad de contenedores (403), comprendiendo el vehículo de transporte (400) uno o más sistemas de suspensión, cada uno con una pluralidad de ruedas de acero (407) acopladas con los carriles (504); un sistema de propulsión lineal (408) acoplado al vehículo de transporte (400) y operable para funcionar junto con la placa de reacción de motor lineal (506) para mover el vehículo de transporte (400); y un sistema de control (702) acoplado al sistema de propulsión lineal (408) y operable para controlar el movimiento del vehículo de transporte (408); en el que placa de reacción de motor lineal (506) es horizontal, y caracterizado por que la vía (500) comprende un sustrato (502) y el par de carriles (504) se incrustan en el sustrato, el sistema de propulsión lineal (408) comprende un sistema de propulsión de inducción lineal (408) que comprende una pluralidad de motores de inducción lineales horizontales acoplados a una parte inferior del vehículo de transporte (400), y en el que placa de reacción de motor lineal (506) se forma a partir de placas de aluminio internas (508) que están enfrentadas a placas de hierro fundido (510).

Description

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DESCRIPCION
Sistema y metodo de transporte de mercandas Campo tecnico de la invencion
La presente invencion se refiere en general a la industria del transporte y, mas en particular, a un sistema y metodo de transporte de mercandas.
Antecedentes de la invencion
El transporte combinado de contenedores es actualmente una tarea intermodal Nevada a cabo con barcos, trenes, camiones y, en menor medida, con barcazas en vfas fluviales interiores. Cada modo presenta ventajas y desventajas en el manejo de los contenedores.
Los trenes juegan un papel importante en el transporte de material en largas distancias. Se considera que el radio economico del transporte combinado de mercandas mediante trenes supera distancias de 805 kilometros (500 millas). Se caracterizan por un bajo coste a lo largo de estas distancias extremas y tienen el beneficio anadido de un bajo impacto medioambiental en lo que respecta a sus emisiones en comparacion con el transporte en camiones. Las desventajas de los trenes incluyen la lentitud en el transporte de mercandas y su poca flexibilidad en comparacion con el transporte en camiones. Por ejemplo, no ofrecen servicio a domicilio. Los trenes han perdido cuota de mercado con respecto a los camiones y estan completamente devaluados en el mercado interurbano de corta distancia.
Los camiones dominan el transporte de mercandas, particularmente en trayectos interurbanos que cuentan con muchas autopistas interestatales. Los camiones han sido historicamente un medio rapido y flexible de transportar mercandas de un punto a otro. Sin embargo, los camiones estan generando paulatinamente importantes desventajas, tales como problemas de seguridad en las autopistas, danos en la calzada, atascos en las autopistas y una peor calidad del aire.
Los ejemplos de sistemas de transporte de mercandas pueden encontrarse en el documento WO 96/14685, usando un motor de induccion lineal, en el documento US 3934183, usando un motor de reluctancia lineal, en el documento DE 2729874 usando un coche de motor lineal, y en el documento US4092554, usando un sistema lineal de generacion de energfa electrica.
Sumario de la invencion
De acuerdo con una realizacion de la invencion, un sistema de transporte de mercandas de acuerdo con la reivindicacion 1.
Las realizaciones de la invencion proporcionan un numero de ventajas tecnicas. Las realizaciones de la invencion pueden incluir todas, algunas, o ninguna de estas ventajas. Un sistema de transporte de mercandas, de acuerdo con una realizacion de la invencion, es un concepto dbrido que incorpora algunos de los componentes de diseno de sistemas existentes y que tiene como objetivo ofrecer una alternativa fiable y de bajo coste al transporte de mercandas dentro de una ciudad y/o entre ciudades a traves de medios mas convencionales, tales como camiones. El sistema de transporte de mercandas puede estar disenado para funcionar con derecho de paso dedicado a distinto nivel, reduciendo asf la carga en las autopistas en lo que respecta a la seguridad, el desgaste y la capacidad.
Un sistema de transporte de mercandas, de acuerdo con una realizacion de la invencion, ofrece mejoras en el transporte de mercandas por tren al permitir que contenedores individuales se envfen a medida que se reciben en un sistema de expedicion “justo a tiempo” y al interactuar de manera eficaz con los modos existentes. Un sistema de transporte de mercandas puede disenarse para minimizar o eliminar la mayona de las trabas tecnologicas que los trenes deben superar. Por ejemplo, un sistema lineal de propulsion por induccion implica que practicamente no hay partes moviles relacionadas con la fuerza motriz y la propulsion. Los principales elementos sujetos a fallos son los cojinetes de las ruedas que, con este sistema, pueden controlarse facilmente mediante sensores termicos o acusticos.
Ademas, el sistema de transporte de mercandas puede automatizarse y no ser tripulado, y puede estar a distinto nivel y libre de obstaculos con los que puede encontrarse al cruzar otra infraestructura a nivel. Tambien puede disenarse para funcionar con un motor de induccion lineal alimentado electricamente. Esta fuente de energfa puede hacer que el sistema sea muy flexible en lo que respecta al combustible basico usado para generar potencia. Estas opciones de combustible pueden incluir carbon, gas natural, petroleo, energfa nuclear, hidrogeno o energfa solar.
Un sistema de transporte de mercandas de acuerdo con una realizacion de la invencion ofrece mejoras con respecto al transporte de mercandas con camiones al proporcionar tasas positivas de rentabilidad en escenarios de costes de capital conservadores y diferentes niveles de utilizacion. De hecho, el sistema puede funcionar veinticuatro
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horas al dfa y siete dfas a la semana y ser inmune en gran medida a los retardos provocados por las inclemencias meteorologicas, atascos o incidentes en la carretera. Esta caractenstica puede ofrecer un mejor servicio y altos niveles de capacidad, lo que puede permitir un diseno de sistema con enlaces directos a terminales, mejorando el rendimiento y el flujo. Ademas, el sistema de transporte de mercandas puede permitir la introduccion de veldculos de “remolque urbanos”, disenados con capacidades de corta distancia y media distancia, y sistemas de propulsion poco nocivos que usan combustibles alternativos tales como propano o gas natural, reduciendo el uso de pesados camiones articulados diesel en areas urbanas y sin deteriorar en exceso la calidad del aire.
Otras ventajas tecnicas son facilmente aparentes para un experto en la materia a partir de las siguientes figuras, descripciones y reivindicaciones. Ademas, aunque las ventajas espedficas se han enumerado antes, diversas realizaciones pueden incluir todas, algunas o ninguna de las ventajas enumeradas.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es una vista esquematica geografica que ilustra rutas de un sistema de transporte de mercandas de acuerdo con una realizacion de la invencion;
las Figuras 2A y 2B son vistas esquematicas que ilustran un trayecto que tiene una ruta asociada entre dos terminales de camiones de un sistema de transporte de mercandas de acuerdo con una realizacion de la invencion;
la Figura 3 es una vista esquematica que ilustra una terminal de camiones de acuerdo con una realizacion de la invencion;
las Figuras 4A y 4B son vistas en perspectiva y en alzado, respectivamente, de un veldculo de transporte de acuerdo con una realizacion de la invencion;
la Figura 4C es una vista en perspectiva que ilustra una pluralidad de vetuculos de transporte que se desplazan entre autopistas de acuerdo con una realizacion de la invencion;
las Figuras 5A y 5B son vistas parciales en perspectiva que ilustran diversos disenos de via para un sistema de transporte de mercandas, en el que la realizacion de acuerdo con la figura 5B no forma parte de la invencion; la Figura 6 es una vista parcial en perspectiva que ilustra un diseno de un carril plano segun una realizacion de la invencion;
la Figura 7 es una vista esquematica que ilustra un diseno de comandos, controles y comunicaciones de un sistema de transporte de mercandas de acuerdo con una realizacion de la invencion; y
la Figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra un metodo de ejemplo para controlar un sistema de transporte de mercandas de acuerdo con una realizacion de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
La Figura 1 es una vista esquematica geografica de varias rutas 100 de un sistema de transporte de mercandas segun una realizacion de la invencion. En la realizacion ilustrada, las rutas 100 se muestran extendiendose entre varias ciudades 102 de un estado 104; sin embargo, las rutas 100 pueden extenderse entre ubicaciones adecuadas cualesquiera.
Como se describe posteriormente en mayor detalle, algunas realizaciones de la presente invencion se refieren a un sistema de transporte de mercandas que ofrece una alternativa fiable y de bajo coste al transporte interurbano de mercandas en comparacion con sistemas mas convencionales, tales como los camiones. La presente invencion es particularmente adecuada para el transporte de mercandas en distancias de hasta 805 km (500 millas) debido a las ventajas con respecto al transporte en camiones, que normalmente domina el transporte interurbano de mercandas. Sin embargo, el sistema de transporte de mercandas descrito en el presente documento tambien es adecuado para distancias superiores a 805 km (500 millas), donde compite directamente con el transporte de mercandas en trenes. Algunas ventajas del sistema de transporte de mercandas descrito en el presente documento con respecto al transporte de mercandas en trenes es que pueden enviarse contenedores individuales a medida que se reciben en un sistema de expedicion “justo a tiempo”, ademas de una mayor fiabilidad debido al tipo de sistemas de propulsion utilizados. En algunas realizaciones, las rutas 100 pueden asociarse individualmente a trayectos multiuso, tales como el trayecto 200 ilustrado a continuacion con referencia a las Figuras 2A y 2B.
Las Figuras 2A y 2B son vistas esquematicas que ilustran un trayecto 200 que tiene una ruta asociada 202 que se extiende entre una terminal de camiones 204a y una terminal de camiones 204b segun una realizacion de la invencion. Aunque el trayecto 200 se ilustra en la Figura 2B a nivel, la presente invencion contempla que el trayecto 200 este a distinto nivel (es decir, por debajo del nivel del suelo o por encima del nivel del suelo). El acceso a las terminales de camiones 204a, 204b, indicado mediante las lmeas discontinuas 208 en la Figura 2A, tambien puede estar a nivel o a distinto nivel. Por ejemplo, con referencia a la Figura 2B, el acceso a la terminal de camiones 204a se ilustra por debajo del nivel del suelo.
Haciendo referencia a la Figura 2B, el trayecto 200 puede incluir una ruta 202 junto con una o mas autopistas 208, uno o mas carriles de pasajeros o de mercandas 210 y otros sistemas adecuados, tales como tubenas, fibras opticas u otros sistemas adecuados que esten adaptados para largas distancias.
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La ruta 202 incluye un tramo de salida 205 y un tramo de entrada 206 que conectan con la terminal de camiones 204a, de modo que un vetnculo de transporte 400 puede transportar cargamento 302 hacia y desde la terminal de camiones 204a, como se ilustra a continuacion en mayor detalle junto con la Figura 3.
Haciendo referencia a la Figura 3, un vehnculo de transporte 400 se ilustra estacionado en una terminal de camiones 300 segun una realizacion de la invencion. El vehnculo de transporte 400 llega a la terminal de camiones 300 a traves del tramo de salida 205 y sale de la terminal de camiones 300 a traves del tramo de entrada 206 despues de cargar y/o descargar el cargamento 302. El vetnculo de transporte 400, que es un componente importante del sistema de transporte de mercandas de la presente invencion, se ilustra posteriormente en mayor detalle junto con las Figuras 4A y 4B.
La terminal de camiones 300 se ilustra en la Figura 3 ubicada en un area urbana 301; sin embargo, la terminal de camiones 300 puede estar ubicada en cualquier ubicacion adecuada. Ademas, como se ha descrito anteriormente, la terminal de camiones 300 puede estar a nivel o a distinto nivel. La terminal de camiones 300 incluye un camion 304 configurado para transportar cargamento 302 hacia y desde clientes 310. Aunque la Figura 1 ilustra el camion 304 como un camion de remolque, la presente invencion tambien contempla otros vehnculos adecuados.
Un vetnculo de remolque urbano es ventajoso como un vetnculo de combustible alternativo que reduce las emisiones producidas por el transporte y que tiene un efecto positivo en la calidad del aire de las areas urbanas. Ademas, se estima que el reparto local de contenedores, tales como un contenedor 306 ilustrado en la Figura 3, necesitara motores con una potencia en caballos de vapor sustancialmente menor que los utilizados normalmente por camiones de larga distancia. La produccion puede dar como resultado motores que tienen entre 160 y 180 caballos de vapor, a diferencia de los motores diesel que funcionan habitualmente con 240 caballos de vapor. Con combustibles alternativos, tales como el gas natural, los vehnculos de remolque urbanos podnan reducir las emisiones hasta en un 50 por ciento en comparacion con las emisiones de camiones diesel mejorados.
En la realizacion ilustrada, el camion 304 se muestra transportando un contenedor para transporte combinado 306 cargado desde el vehnculo de transporte 400; sin embargo, como se describe posteriormente en mayor detalle, el camion 304 puede transportar cualquier cargamento adecuado que este almacenado de cualquier manera adecuada, tales como embalajes de un fabricante, por ejemplo cajas, embalajes agregados, por ejemplo pales, contenedores y remolques. La terminal de camiones 300 incluye ademas una fuente de combustible alternativo 308 para el camion 304 u otro vehnculo adecuado.
Aunque no se ilustra en la Figura 3, cualquier mecanismo elevador adecuado, tal como una grua suspendida, una grua portatil o una grua combinada puede usarse para transferir cargamento 302 entre el vehnculo de transporte 400 y el camion 304. Estos mecanismos elevadores, asf como otros sistemas y/o componentes asociados a la terminal de camiones 300 pueden, o no, automatizarse. La presente invencion contempla que la terminal de camiones 300 tenga mas, menos o componentes diferentes a los ilustrados en la Figura 3.
Las Figuras 4A y 4B son vistas en perspectiva y en alzado, respectivamente, de un vehnculo de transporte 400 segun una realizacion de la invencion. Aunque solo se ilustra un vehnculo de transporte 400 en las Figuras 4A y 4B, la presente invencion contempla cualquier numero adecuado de vehnculos de transporte 400 acoplados entre sf de cualquier manera adecuada. Cada vehnculo de transporte 400 se pone en marcha mediante un sistema de propulsion 408 y circula a lo largo de una via 404 a traves de uno o mas sistemas de suspension 406. El vehnculo de transporte 400 transporta cargamento 401 a traves de uno o mas contenedores de mercandas para transporte combinado 402 asociados a un compartimento de contenedores universales para transporte combinado 403. El vehnculo de transporte 400 puede incluir ademas un par de cubiertas con forma aerodinamica 410 en cada uno de sus extremos. Una ventaja de la presente invencion es que el vehnculo de transporte 400 puede automatizarse y controlarse, o manejarse de otro modo, por un sistema o sistemas de control. Tal sistema de control se describe posteriormente en mayor detalle junto con la Figura 7.
Los contenedores de mercandas para transporte combinado 402 pueden ser cualquier componente estructural adecuado configurado para guardar cargamento 401 durante el transporte. En una realizacion, los contenedores para transporte combinado 402 se asemejan a los contenedores para transporte combinado usados en el comercio internacional. En una realizacion, tienen aproximadamente una longitud de 12,2 metros (40 pies) por 2,9 metros (9,5 pies) cuadrados; sin embargo, los contenedores para transporte combinado 402 pueden tener cualquier tamano y forma adecuados. Por ejemplo, en algunas realizaciones de la invencion, la longitud del contenedor para transporte combinado 402 oscila entre 12,2 metros (40 pies) y 16,5 metros (54 pies) aproximadamente.
Una ventaja de usar contenedores para transporte combinado es que el sistema de transporte de mercandas se convertira en un enlace en el sistema de transporte combinado ya establecido, que incluye lmeas navieras, ferrocarril, transporte en camion e incluso barcazas, por medio del cual los contenedores para transporte combinado son transferidos entre modos rapidamente. En otras realizaciones, los contenedores para transporte combinado 402 son remolques para autopistas, de modo que pueden transferirse facilmente a un camion adecuado despues de llegar a su destino.
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Una ventaja de la presente invencion es que diferentes tipos de contenedores de mercandas que manipulan diferentes tipos de cargamento pueden utilizarse con el vetnculo de transporte 400 dependiendo del modo de transporte contemplado en las terminales de camiones en el destino particular. Los contenedores para transporte combinado 402 pueden ser soportados de cualquier manera adecuada. Por ejemplo, puede utilizarse una viga central acoplada a sistemas de suspension 406 similar a las vigas centrales utilizadas en la industria ferroviaria. El soporte tambien puede parecerse a un soporte con forma de caja sobre el cual los contenedores para transporte combinado 402 se depositan y enclavan por motivos de seguridad a traves de cualquier metodo adecuado.
En una realizacion, el armazon estructural del vetnculo de transporte 400 debe tener la capacidad de resistir todas las fuerzas estaticas y dinamicas durante su vida util. En funcion de cargas de diseno anticipadas para esta realizacion, puede necesitarse una estructura de acero con un peso que duplique aproximadamente la cantidad requerida para soportar el volumen con el fin de minimizar las deformaciones, las vibraciones y la fatiga. Las cargas de diseno de esta estructura, que se preve que tengan una longitud de 9,15 metros (30 pies) aproximadamente, son las siguientes. Una carga variable distribuida de 744 kg/m (500 libras/pies), un peso de armazon de 453,6 kg (1000 libras), y un peso de sistema de propulsion y control de 907,2 kg (2000 libras). Usando estas condiciones de carga, puede requerirse que el armazon de un vetnculo de transporte completamente cargado resista un momento de flexion maximo de 81,3 kNm (60 kilolibras/pie). Sin embargo, el momento de diseno debena ser aproximadamente de 162,7 kNm (120 kilolibras/pie) (dos veces el momento de flexion maximo) con el fin de proporcionar la resistencia necesaria para limitar las deformaciones, las vibraciones y la fatiga.
Los sistemas de suspension 406 pueden ser cualquier sistema de suspension adecuado que tenga cualquier numero de ruedas 407 para circular a lo largo de la via 404. Por ejemplo, los sistemas de suspension 406 pueden ser sistemas de suspension de un bogie de cuatro ruedas o sistemas de un solo eje y dos ruedas. En una realizacion, los sistemas de suspension 406 tienen ruedas de acero acopladas a carriles 504 respectivos (Figura 5A) y que giran de manera independiente entre sf con el fin de eliminar cualquier problema asociado al trazado radial debido a las diferentes velocidades de la superficie de rodadura de las ruedas en las curvas. En una realizacion, las ruedas 407 tienen un perfil plano (como se ilustra mejor en la Figura 5A) para minimizar la componente de friccion en comparacion con la superficie de rodadura del patm de los carriles presente en operaciones ferroviarias tradicionales. En esta realizacion, las ruedas de acero 407 no presentan rebordes y no sirven para guiar el vetnculo de transporte 400. Esto se describe posteriormente en mayor detalle junto con la realizacion de la Figura 5A.
Los sistemas de suspension 406 pueden tener otros sistemas o componentes adecuados asociados a los mismos, tales como un sistema de frenos neumatico, hidraulico o electrico opcional, un sistema de amortiguacion u otro sistema adecuado. Los sistemas de suspension 406 pueden estar acoplados al soporte principal del vetnculo de transporte 400 de cualquier manera adecuada. La presente invencion contempla otros sistemas de suspension adecuados, tales como un sistema de levitacion magnetica, un sistema de neumaticos u otros sistemas adecuados.
La via 404 puede ser cualquier sistema de via adecuado que puede hacerse funcionar para soportar el vetnculo de transporte 400 y guiar el vetnculo de transporte 400 a lo largo de una ruta particular. Varios disenos de via 404 se ilustran posteriormente junto con las Figuras 5A y 5B; sin embargo, la presente invencion contempla cualquier sistema de via adecuado.
El sistema de propulsion 408 proporciona la fuerza motriz para el vetnculo de transporte 400. En la realizacion ilustrada, el sistema de propulsion 408 incluye una pluralidad de motores de induccion lineales orientados verticalmente con respecto a una placa de reaccion de motor lineal 506 (ilustrada mejor en la Figura 5A). Sin embargo, la presente invencion contempla otros sistemas de propulsion adecuados, tales como motores de induccion lineales orientados tiorizontalmente, un diseno de motor mas convencional usado, por ejemplo, en trenes tiabituales, un sistema de propulsion basado en tiidrogeno, motores electricos alimentados con gas natural y motores de traccion electricos giratorios. En una realizacion particular de la invencion, el sistema de propulsion 408 incluye dos conjuntos de motores opuestos de veinte caballos de vapor.
Algunas ventajas de usar motores de induccion lineales son que dictios motores son mas ecologicos que algunos de los otros sistemas que utilizan combustible, que practicamente no tiay partes moviles relacionadas con el modo de potencia y propulsion, y la variacion en la generacion de potencia en un motor que falla con respecto al resto de motores. Su uso puede proporcionar ademas mas velocidad que los sistemas convencionales y reducir la aparicion de fallos electricos en comparacion con los motores giratorios convencionales. Los motores de induccion lineales necesitan electricidad, y esta puede suministrarse a los motores de induccion lineales de cualquier manera adecuada, por ejemplo usando un tercer carril, lo que es ampliamente conocido en el campo del transporte. Para impedir que los motores de induccion lineales toquen la placa de reaccion de motor lineal 506, en el diseno se incorpora una distancia entre cada motor de induccion lineal y la placa de reaccion de motor lineal 506. Esta distancia puede ser cualquier distancia adecuada, tal como media pulgada o mas.
En una realizacion de la invencion, el requisito de potencia para un unico vetnculo de transporte es de cuarenta (40) caballos de vapor para acelerar el vetnculo de transporte 400 de 0 km/ti (cero mpti) a 96,56064 km/ti (sesenta mpti) en sesenta segundos. Esto supone una masa total de treinta y seis toneladas (nueve toneladas para la masa del vetnculo de transporte y 27 toneladas para la masa maxima de los contenedores). Suponiendo ademas una
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resistencia por friccion de 0,48 kwh/km (0,77 kwh/milla), una resistencia a la rodadura de 0,00223 kwh/tonelada metrica-km (0,0036 kwh/tonelada-milla), una perdida por choque despreciable y una perdida de eficiencia debida al motor de induccion lineal de 2,0, entonces el trabajo total requerido es de 1,119 kwh/km (1,8 kwh/milla). El requisito de aceleracion inicial se supone que es de 0,448 kwh/tonelada metrica-km (0,7204 kwh/tonelada-milla). Esta aceleracion inicial se multiplica por la masa de treinta y seis toneladas para llegar a un requisito de energfa de 25,9 kwh. Los caballos de vapor equivalentes son treinta y cinco caballos de vapor aproximadamente. Para incluir una determinada perdida de eficiencia para un deslizamiento magnetico en una inclinacion del 12 % aproximadamente, se anaden cinco caballos de vapor a los treinta y cinco para obtener el requisito de potencia de cuarenta caballos de vapor indicado anteriormente. Vuelve a senalarse que esto es simplemente un ejemplo de un requisito de potencia del vedculo de transporte 400; la presente invencion contempla otros requisitos de potencia adecuados.
Un analisis para desarrollar los requisitos de potencia/energfa para un sistema de transporte de mercandas segun una realizacion en la que el vedculo de transporte esta asociado a un sistema de transporte de mercandas bajo tierra (es decir, por debajo del nivel del suelo) muestra de manera conservadora que 130 kW de maxima capacidad de carga electrica sena lo maximo requerido para un camion equivalente de mercandas en un vedculo de transporte completamente cargado, donde 30 pales ascienden a 45 359,24 toneladas metricas (100 000 libras) incluyendo la tara del vedculo de transporte. Suponiendo un perfil de carga anticipado de 2000 camiones al dfa a lo largo de un trayecto particular, el transito maximo se produce entre las nueve de la manana y las cuatro de la tarde. El numero total de vedculos de transporte durante la hora punta de las cuatro de la tarde es de 1891 unidades.
Suponiendo que la carga maxima del vedculo de transporte durante la aceleracion es de 37 kW, entonces la carga es aproximadamente dos veces este valor o 74 kW, ya que se supone que hay dos muelles de carga de vedculos de transporte en cada terminal. La carga adicional en el trayecto puede ascender a 80,5 km (50 millas) para cualquier bloque de corriente electrica en el sistema. Suponiendo que las necesidades de potencia maxima del trayecto coinciden con el transito maximo durante la hora punta para la carga de 80,5 km (50 millas) de longitud de trayecto, entonces, si cuatro vedculos de transporte por minuto entran en el trayecto desde cada terminal, puede haber simultaneamente un maximo de 400 vedculos de transporte en 80,5 km (50 millas) del trayecto. El analisis supone que siempre que haya una pendiente positiva en un sentido, habra una pendiente identica pero negativa en el sentido contrario. Ademas, se supone que ninguna pendiente es continua, sino que los aspectos ffsicos predominantes de una pendiente son que una elevacion global desde un punto inicial hasta un punto final se equipara con el descenso en el sentido opuesto.
La recuperacion de energfa a partir de la regeneracion de energfa electrica se produce cuando un vedculo de transporte usa un sistema de control de potencia para reducir la velocidad del vedculo de transporte cuando se considera que bajar de nivel supone la mitad de las perdidas de eficiencia debido al uso de una unidad de motor lineal. Los calculos de energfa incluyen la perdida de eficiencia del consumo de potencia. Sin embargo, suponiendo que la perdida por deslizamiento electrico del motor lineal es un 50 % menor que la de un motor de traccion giratorio, entonces las perdidas de regeneracion supondran el 50 % de la capacidad de recuperacion o solamente el 25 % de la entrada de energfa necesaria para mantener la velocidad en una pendiente positiva para el vedculo de transporte, usando regeneracion electrica cuando se desciende por la pendiente. Por lo tanto, para cada 130 kW requeridos para ascender por una pendiente, solo se recuperan 32 kW cuando se desciende por la pendiente. El equilibrio final es un coste de 100 kW en lugar de un coste de 130 kW para cada uno de los vedculos de transporte, mas o menos.
Se considero el potencial para las pendientes de una ruta y se supuso que las pendientes no ocuparan mas del 10% de la longitud total. Tambien se supuso que las pendientes estan ubicadas principalmente en una mitad del sistema y que estan distribuidas de manera uniforme. Por lo tanto, habra aproximadamente 0,32 km (0,2 millas) de pendiente cada 1,609344 km (una milla) en esa mitad del sistema. En los 80,5 km (50 millas) del sistema que se considera que tienen el transito maximo, resulta evidente que el trafico estara en el area con pendientes. Puede suponerse que habra un total de 16,1 km (10 millas) de pendiente en 80,5 km (50 millas) cualesquiera en esa mitad particular. Dado que la distribucion de vedculos de transporte sera de cuatro unidades por 1,609344 km (una milla) (maximo mdice de salidas desde cada terminal) en cualquier sentido, habra 400 vedculos de transporte en la longitud de 80,5 km (50 millas) en cuestion. Puesto que se requiere una capacidad neta de 100 kW por dos vedculos de transporte que ocupan un nivel (uno en cada sentido), habra 80 vedculos de transporte circulando por las pendientes en la longitud de 80,5 km (50 millas) que esta evaluandose y, por tanto, una capacidad de carga maxima de 8000 kW. Se supone que el resto de vedculos de transporte circulan por una superficie llana. En la superficie llana, el vedculo de transporte requiere 2 kW para mantener su velocidad adquirida de 96,56064 km (60 millas) por hora. Por tanto, los vedculos de transporte restantes requieren una capacidad de carga del sistema de suministro electrico de 640 kW.
El requisito de maxima capacidad de carga electrica con la longitud de 80,5 km (50 millas) de mayor transito del sistema de transporte de mercandas se estima de manera conservadora como 9000 kW de capacidad, y la capacidad global de este sistema de transporte de mercandas se estima en 50 MW como mucho. Conforme a requisitos de 57 000 MW de carga maxima de corriente con ERCOT y la capacidad de generacion, 70 700 MW, el requisito de capacidad global del trayecto representa menos de la mitad de un porcentaje de reserva de ERCOT. Este analisis preliminar sugiere que se necesitan 200 kW de energfa electrica para transportar cada camion de mercandas (30 pales) equivalente.
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Unas cubiertas con forma aerodinamica 410 pueden tener cualquier tamano y forma adecuados y funcionan para reducir la resistencia aerodinamica en el vetnculo de transporte 400. Las cubiertas con forma aerodinamica 410 pueden ser tambien componentes estructurales del armazon del vetnculo de transporte 400. Las cubiertas con forma aerodinamica 410 tambien pueden servir para proteger el cargamento 401 y/o para alojar cualquier componente o sistema adecuado, tal como un sistema de control para controlar el vetnculo de transporte 400. Un sistema de control de este tipo se describe posteriormente en mayor detalle junto con las Figuras 7 y 8.
Se ha llevado a cabo un estudio para minimizar la resistencia aerodinamica en los vetnculos de transporte durante el transporte a lo largo de un trayecto con el fin de minimizar los gastos energeticos. El estudio muestra que la minimizacion de la resistencia aerodinamica esta asociada principalmente a la reduccion de la friccion superficial y de la resistencia de presion. Por consiguiente, se usaron herramientas informaticas para llevar a cabo un analisis aerodinamico de las configuraciones del vetnculo de transporte que minimizan estos parametros. Este analisis propuso las siguientes recomendaciones para minimizar la resistencia aerodinamica. Usar una configuracion continua de vetnculo de transporte con la superficie de los distintos vetnculos de transporte mezclados. Usar un vetnculo de transporte de seccion transversal rectangular con curvatura y perfil. Un perfil adecuado de baja resistencia aerodinamica se forma a partir de dos brazos circulares unidos por una seccion plana. Las relaciones de bloqueo (P) debenan mantenerse por debajo de 0,3. La separacion entre la superficie superior del vetnculo de transporte y el tectio de un tunel (suponiendo una implementacion por debajo del nivel del suelo) debena ser mayor que 91,44 cm (3 pies) y la separacion entre la pared lateral y el vetnculo de transporte tambien debena ser mayor que 91,44 cm (3 pies).
Las Figuras 5A y 5B son vistas parciales en perspectiva que ilustran dos disenos diferentes para la via 404 segun algunas realizaciones de la presente invencion. Haciendo referencia en primer lugar a la Figura 5A, se ilustra una via 500 que tiene un sustrato 502, un par de carriles 504 y una placa de reaccion de motor lineal 506.
El sustrato 502 puede estar tiectio de cualquier material adecuado, tal como tiormigon reforzado, y puede tener cualquier grosor adecuado. Los carriles 504 estan acoplados a, incrustados en o unidos de otro modo al sustrato 502 y estan tiectios de cualquier material adecuado, tal como acero. Los carriles 504 funcionan para soportar el peso del vetnculo de transporte 400 y proporcionan una superficie de rodadura para las ruedas 407. En la realizacion ilustrada, los carriles 504 incluyen superficies superiores planas 505 que, junto con las ruedas planas 407, generan menos friccion por rodadura que los sistemas de carriles convencionales. Los carriles 504 tambien pueden incluir superficies biseladas 507 opcionales. Los detalles adicionales de los carriles 504 se describen posteriormente junto con la Figura 6.
La placa de reaccion de motor lineal 506 junto con el sistema de propulsion 408 funciona para guiar el vetnculo de transporte 400 durante el funcionamiento. La placa de reaccion de motor lineal 506 puede tener cualquier tamano y forma adecuados y puede estar tiectia de cualquier material adecuado. En una realizacion, la altura de la placa de reaccion de motor lineal 506 es de al menos 45,72 cm (diecioctio pulgadas).
En la realizacion ilustrada, la placa de reaccion de motor lineal 506 esta formada con placas de aluminio internas 508 que estan enfrentadas a placas de tiierro fundido 510. Las placas de aluminio 508 y las placas de tiierro fundido 510 pueden estar acopladas entre sf de cualquier manera adecuada. Las placas de aluminio 508 y las placas de tiierro fundido 510 pueden estar tiectias cada una de una pluralidad de distintas placas unidas mediante medios mecanicos, tales como pernos u otros elementos de fijacion adecuados. En una realizacion particular de la invencion, las placas de aluminio 508 se colocan juntas de manera escalonada y se mantienen unidas mediante medios mecanicos, y las placas de tiierro fundido 510 estan acopladas a las caras externas de las placas de aluminio 508 mediante medios mecanicos adecuados, formando asf una estratificacion continua con un nucleo de aluminio cubierto con tiierro fundido. Hay una separacion adecuada entre las placas de aluminio adyacentes 508.
Las placas de aluminio 508 y las placas de tiierro fundido 510 pueden tener cualquier longitud adecuada que permita la expansion y la contraccion de los distintos metales y que permita compensar el movimiento del sustrato 502. La presente invencion tambien contempla que la placa de reaccion de motor lineal 506 este tiectia de una sola pieza de material que sea compatible con el sistema de propulsion 408. Un motivo por el cual las placas de aluminio 508 estan dispuestas entre las placas de tiierro fundido 510 es conseguir la maxima ventaja de la corriente de Foucault y del complemento de flujo magnetico de la tecnica conocida durante la exposicion a un campo magnetico en movimiento proporcionado por el sistema de propulsion 408 de la presente invencion.
La Figura 5B ilustra una via 550 que se parece a un sistema de via mas convencional usado en ferrocarriles convencionales. La via 550 incluye un sustrato 552 y un par de carriles 554. El sustrato 552 puede ser similar al sustrato 502 de la Figura 5A o puede ser una pluralidad de traviesas convencionales. Los carriles 554 incluyen carriles convencionales presentes en sistemas ferroviarios convencionales y estan tiectios de cualquier material adecuado, tal como acero. En la realizacion ilustrada en la Figura 5B, los carriles 554 sirven tanto como la via de conduccion y como una estructura de soporte de carga para el vetnculo de transporte 400. De esta manera, las ruedas 407 incluyen rebordes 555 similares a los presentes en ruedas de trenes convencionales.
En la realizacion ilustrada en la Figura 5B, una orientacion tiorizontal de los motores de induccion lineales de
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propulsion 408 puede ser una opcion. En esta realizacion, las placas de reaccion de motor lineal estan situadas en una posicion plana sobre el sustrato 552 entre los carriles 554 (no ilustrados) e interaction con motores de induccion lineales orientados horizontalmente acoplados en el lado inferior del vetnculo de transporte 400. Esta configuracion obviara la necesidad de proporcionar una ranura o espacio vertical en la parte central inferior del vetnculo de transporte 400 para montar un componente de motor de placa central vertical, tal como la placa de reaccion de motor lineal 506.
La Figura 6 es una vista parcial en perspectiva que ilustra un diseno de un carril plano 600 segun una realizacion de la invencion. El carril 600 es particularmente adecuado para la realizacion de la via 500 ilustrada en la Figura 5A. Para tener en cuenta la expansion y la contraccion termicas, el carril 600 incluye una pluralidad de secciones de carril planas 602a, 602b que estan acopladas a, incrustadas en y/o unidas a un sustrato adecuado (no ilustrado). Las secciones de carril 602a, 602b estan dispuestas de manera adyacente y cada seccion de carril 602a, 602b tiene uno o mas salientes 604 acoplados en un primer extremo 608 y uno o mas rebajes 606 formados en un segundo extremo 610. Los salientes 604 estan dispuestos dentro de rebajes 606 respectivos de una seccion de carril adyacente de modo que hay una separacion 612 entre el extremo libre de los salientes 604 en una parte inferior de los rebajes 606 para permitir que las secciones de carril 602a, 602b se expandan y/o se contraigan a medida que cambia la temperatura de las secciones de carril 602a, 602b, manteniendo de ese modo una superficie lisa y continua para el carril 600. En una realizacion particular, la separacion 612 es de aproximadamente 0,635 cm (la cuarta parte de una pulgada).
En una realizacion, los extremos de las secciones de carril pueden estar biselados en cualquier angulo adecuado, como se indica mediante el numero de referencia 614. La presente invencion contempla otras disposiciones adecuadas para acoplar las secciones de carril 602a, 602b. Una ventaja del diseno ilustrado en la Figura 6 es la reduccion sustancial o la eliminacion de descarrilamientos provocados por tensiones longitudinales que se originan en los carriles convencionales.
La Figura 7 es una representacion esquematica que ilustra un sistema de comandos, control y comunicaciones 700 para un sistema de transporte de mercandas segun una realizacion de la invencion. En la realizacion ilustrada, el sistema 700 incluye un sistema de control central 702 acoplado a una pluralidad de sistemas de control regionales 704 que funcionan para controlar regiones particulares 706 a lo largo de una ruta particular 708. En este sistema de control “jerarquico”, el sistema de control 704a de la region A transferira el control de un vetnculo de transporte 710 al sistema de control 704b de la region B, de manera muy parecida a una red de telefoma celular que transfiere una llamada desde una celula a la siguiente. En otras realizaciones, el sistema de control central 702 controla directamente cada region 706 de la ruta 708.
El sistema de control 700 funciona para gestionar y controlar varios parametros del vetnculo de transporte 710, tales como la velocidad, la posicion, la posicion relativa y otros parametros adecuados. Ademas, el sistema de control 700 puede supervisar el funcionamiento de los vetnculos de transporte 710 para anticipar cualquier problema mecanico de los vetnculos de transporte y reducir los tiempos de inactividad. Esta supervision del funcionamiento puede facilitarse usando uno o mas sensores 711 acoplados a los vetnculos de transporte 400 en cualquier ubicacion adecuada. Estos sensores 711 pueden estar acoplados a un sistema de control a bordo 713 asociado a un vetnculo de transporte 400 particular. El sistema de control a bordo 713 puede estar alojado dentro de una cubierta aerodinamica 410 (Figuras 4A y 4B) o en otra ubicacion adecuada. Cualquier red de comunicacion cableada o inalambrica adecuada, tal como la designada mediante los numeros de referencia 715a y 715b, puede utilizarse para las comunicaciones entre el sistema de control central 702, los sistemas de control regionales 704 y los sistemas de control a bordo 713.
El sistema de control central 702, que puede basarse en cualquier ubicacion adecuada, puede funcionar para supervisar los eventos de entrada y salida de los vetnculos de transporte 400 en las terminales de camiones 300, mantener la autoridad de supervision con respecto a los sistemas de control regionales 704 y realizar predicciones de flujo de trafico para caracterizaciones de funcionamiento de un sistema de transporte de mercandas para comparar las actualizaciones de funcionamiento reales con un plan de funcionamiento. La presente invencion tambien contempla otras funciones adecuadas.
Como se ilustra en la Figura 7, el sistema de control central 702 incluye una aplicacion de control de vetnculo de transporte 717 almacenada en cualquier ordenador o sistema informatico adecuado. La aplicacion de control de vetnculo de transporte 717 es un programa informatico o conjunto de programas informaticos que pueden escribirse en cualquier lenguaje de programacion adecuado. Segun las ensenanzas de una realizacion de la invencion, la aplicacion de control de vetnculo de transporte 802 controla automaticamente el movimiento de los vetnculos de transporte asociados a los sistemas de transporte de mercandas de la presente invencion. La aplicacion de control de vetnculo de transporte 717 tambien puede funcionar junto con otras aplicaciones para gestionar el transporte de cargamento usando vetnculos de transporte. Una funcion de ejemplo de la aplicacion de control de vetnculo de transporte 717 se describe posteriormente junto con la Figura 8.
Los sistemas de control regionales 704, en una realizacion, funcionan para supervisar el control mediante el uso excesivo o limitado de elementos de control dentro de su esfera de autoridad. Por ejemplo, los sistemas de control
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regionales 704 pueden controlar un sobrecalentamiento localizado del sistema de distribucion de potencia del cual un vetnculo de transporte particular obtiene ene^a, lo que indicana un fallo del motor o una friccion rueda/eje sustancialmente mayor, u otras condiciones adecuadas del vetnculo de transporte. Los sistemas de control regionales 704 tambien pueden mantener el computo, la velocidad y condiciones de potencia locales correctos del vetnculo de transporte. La presente invencion tambien contempla otras funciones adecuadas.
Los sistemas de control a bordo 713, en una realizacion, incluyen sistemas informaticos a bordo y sistemas de control de potencia que supervisan sensores vehiculares, tales como los sensores 711, para establecer la velocidad, la distancia hasta el vetnculo de transporte justo delante del mismo y otros parametros adecuados. El sistema de control a bordo 713 proporciona informacion a su sistema de control regional 704 respectivo o al sistema de control central 702 directamente.
La Figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra un metodo de ejemplo para controlar un vetnculo de transporte segun una realizacion de la invencion. El metodo de ejemplo comienza en la etapa 800, donde se recibe informacion desde un vetnculo de transporte particular. Esta informacion puede incluir datos relacionados con la velocidad, la posicion o el estado de un vetnculo de transporte particular. En la etapa 802, esta informacion es analizada y comparada con planes de funcionamiento o planes de transporte particulares para controlar el vetnculo de transporte. En la etapa 804, se determinan varios parametros del vetnculo de transporte para gestionar de manera eficaz el movimiento del vetnculo de transporte y estos parametros se envfan, en la etapa 806, al vetnculo de transporte. Esta realimentacion de informacion en bucle continuo sigue tiasta que el vetnculo de transporte particular tiaya completado su plan de funcionamiento.
Por tanto, en una realizacion, un sistema de transporte de mercandas como el descrito en el presente documento proporciona una alternativa economica al transporte en camiones interurbano de media distancia, que ofrece caractensticas que permiten evitar los costes sociales asociados tanto al transporte en camiones entre ciudades y dentro de las ciudades. Un sistema de transporte de mercandas de este tipo puede tiacerse funcionar de manera separada y segura proporcionando niveles de seguridad de la mercanda ampliamente mejorados que garantiza, por ejemplo, que los contenedores sellados no se manipulen de manera indebida durante su transporte. En algunas realizaciones, la provision de vetnculos de remolque urbanos para recoger y entregar mercandas en areas urbanas en lugar de pesados medios de transporte diesel de larga distancia mejora la calidad del aire en las ciudades. Tambien supone una mejora con respecto a un diseno de infraestructura de transporte relacionado con sistemas basados en petroleo. El uso de energfa electrica para la propulsion puede permitir que el sistema de transporte de mercandas funcione con electricidad generada a partir de una gran variedad de fuentes.
Aunque la presente invencion se tia descrito por medio de varias realizaciones, los expertos en la tecnica pueden sugerir varios cambios y modificaciones. La presente invencion pretende abarcar tales cambios y modificaciones, ya que estan dentro del alcance de las presentes reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de transporte de mercandas, que comprende:
    una v^a (500),
    un par de carriles (504) y
    una placa de reaccion de motor lineal (506) dispuesta entre los carriles (504);
    un vehnculo de transporte (400) con un compartimento de contenedores universales para transporte combinado (402) configurado para admitir una pluralidad de contenedores (403), comprendiendo el vehnculo de transporte (400) uno o mas sistemas de suspension, cada uno con una pluralidad de ruedas de acero (407) acopladas con los carriles (504);
    un sistema de propulsion lineal (408) acoplado al vehnculo de transporte (400) y operable para funcionar junto con la placa de reaccion de motor lineal (506) para mover el vehnculo de transporte (400); y un sistema de control (702) acoplado al sistema de propulsion lineal (408) y operable para controlar el movimiento del vehnculo de transporte (408);
    en el que placa de reaccion de motor lineal (506) es horizontal, y caracterizado por que la via (500) comprende un sustrato (502) y el par de carriles (504) se incrustan en el sustrato, el sistema de propulsion lineal (408) comprende un sistema de propulsion de induccion lineal (408) que comprende una pluralidad de motores de induccion lineales horizontales acoplados a una parte inferior del vehnculo de transporte (400), y en el que placa de reaccion de motor lineal (506) se forma a partir de placas de aluminio internas (508) que estan enfrentadas a placas de hierro fundido (510).
  2. 2. El sistema de la reivindicacion 1, en el que las longitudes de los contenedores (403) vanan desde aproximadamente 12,2 m (cuarenta pies) a aproximadamente 16,5 m (cincuenta y cuatro pies).
  3. 3. El sistema de la reivindicacion 1, en el que el vehnculo de transporte (400) comprende ademas cubiertas con forma aerodinamica (410) en cada uno de un extremo anterior y un extremo posterior.
  4. 4. El sistema de la reivindicacion 1, en el que las ruedas de acero (407) y los carriles (504) tienen superficies planas.
  5. 5. El sistema de la reivindicacion 4, en el que las ruedas de acero (407) son operables para girar independientemente entre sh
  6. 6. El sistema de la reivindicacion 1, en el que el sistema de control (702) es operable ademas para controlar la velocidad, aceleracion y desaceleracion del vehnculo de transporte (400).
  7. 7. El sistema de la reivindicacion 6, en el que el sistema de control (702) se acopla ademas a un sistema de frenado regenerativo que produce energfa que se suministra de vuelta al sistema de control (702).
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