El intervalo de tiempo es la distancia o duración entre vehículos en un sistema de transporte medido en el espacio o en el tiempo. El intervalo de tiempo mínimo es la distancia o el tiempo más corto que puede alcanzar un sistema sin reducir la velocidad de los vehículos. La definición precisa varía según la aplicación, pero lo más común es medirlo como la distancia desde la punta (extremo delantero) de un vehículo hasta la punta del siguiente que se encuentra detrás. Puede expresarse como la distancia entre vehículos o como el tiempo que le tomará al vehículo que va detrás cubrir esa distancia. Un intervalo de tiempo "más corto" significa que hay menos espacio entre los vehículos. Los aviones operan con intervalos de tiempo medidos en horas o días, los trenes de carga y los sistemas ferroviarios de cercanías pueden tener intervalos de tiempo medidos en fracciones de una hora, los sistemas de metro y tren ligero operan con intervalos de tiempo del orden de 90 segundos a 20 minutos, y los vehículos en una autopista pueden tener tan solo 2 segundos de intervalo entre ellos.
El intervalo de tiempo entre líneas es un dato clave para calcular la capacidad total de la ruta de cualquier sistema de transporte. Un sistema que requiere intervalos de tiempo largos tiene más espacio vacío que capacidad de pasajeros, lo que reduce el número total de pasajeros o la cantidad de carga que se transporta para una longitud determinada de línea (ferrocarril o carretera, por ejemplo). En este caso, la capacidad debe mejorarse mediante el uso de vehículos más grandes. En el otro extremo de la escala, un sistema con intervalos de tiempo cortos, como los automóviles en una autopista, puede ofrecer capacidades relativamente grandes aunque los vehículos transporten pocos pasajeros.
El término se aplica con mayor frecuencia al transporte ferroviario y al transporte en autobús , donde a menudo se necesitan intervalos bajos para trasladar grandes cantidades de personas en ferrocarriles de transporte público y sistemas de tránsito rápido en autobús . Un intervalo menor requiere más infraestructura, lo que hace que sea costoso lograr intervalos menores. Las grandes ciudades modernas requieren sistemas ferroviarios de pasajeros con una enorme capacidad, y los intervalos bajos permiten satisfacer la demanda de pasajeros en todas las ciudades, excepto en las más concurridas. Los sistemas de señalización más nuevos y los controles de bloques móviles han reducido significativamente los intervalos en los sistemas modernos en comparación con las mismas líneas hace solo unos años. En principio, los sistemas automatizados de tránsito rápido personal y los pelotones de automóviles podrían reducir los intervalos a tan solo fracciones de segundo.
Existen diversas formas de medir y expresar el mismo concepto, la distancia entre vehículos. Las diferencias se deben en gran medida a la evolución histórica en distintos países o ámbitos.
El término se desarrolló a partir del uso en el ferrocarril, donde la distancia entre los trenes era muy grande en comparación con la longitud del tren en sí. Medir la distancia entre la parte delantera de un tren y la del siguiente era simple y coherente con la programación de los horarios de los trenes, pero limitar la distancia de punta a punta no siempre garantiza la seguridad. En el caso de un sistema de metro, las longitudes de los trenes son uniformemente cortas y la distancia permitida para detenerse es mucho mayor, por lo que la distancia de punta a punta puede usarse con un factor de seguridad menor. Cuando el tamaño del vehículo varía y puede ser más largo que sus distancias o espaciamientos de parada, como en los trenes de carga y las aplicaciones de carretera, las mediciones de punta a cola son más comunes.
Las unidades de medida también varían. La terminología más común es utilizar el tiempo de paso de un vehículo al siguiente, que refleja de forma muy similar a la forma en que se medían los intervalos en el pasado. Se pone en marcha un cronómetro cuando un tren pasa por un punto y luego se mide el tiempo hasta que pasa el siguiente, lo que da el tiempo de punta a punta. Esta misma medida también se puede expresar en términos de vehículos por hora, que se utiliza en el metro de Moscú , por ejemplo. [1] Las mediciones de distancia son bastante comunes en aplicaciones no relacionadas con trenes, como los vehículos en una carretera, pero las mediciones de tiempo también son comunes aquí.
En la mayoría de los sistemas ferroviarios, los movimientos de los trenes están estrictamente controlados por los sistemas de señalización ferroviaria . En muchos ferrocarriles, los conductores reciben instrucciones sobre la velocidad y las rutas a través de la red ferroviaria. Los trenes solo pueden acelerar y desacelerar con relativa lentitud, por lo que para detenerse a velocidades que no sean bajas se necesitan varios cientos de metros o incluso más. La distancia de vía necesaria para detenerse suele ser mucho mayor que el alcance de visión del conductor. Si la vía que hay por delante está obstruida (por ejemplo, si un tren se detiene allí), es probable que el tren que va detrás lo vea demasiado tarde para evitar una colisión.
Los sistemas de señalización sirven para proporcionar a los conductores información sobre el estado de la vía, de modo que se pueda evitar una colisión. Un efecto secundario de esta importante función de seguridad es que la distancia entre los trenes en cualquier sistema ferroviario está determinada de manera efectiva por la estructura del sistema de señalización, y en particular por el espaciamiento entre las señales y la cantidad de información que se puede proporcionar en la señal. La distancia entre los trenes en un sistema ferroviario se puede calcular a partir del sistema de señalización. En la práctica, existen diversos métodos para mantener separados a los trenes, algunos de los cuales son manuales, como los sistemas de órdenes de tren o que involucran telégrafos, y otros que dependen completamente de la infraestructura de señalización para regular los movimientos de los trenes. Los sistemas manuales de trenes en funcionamiento son comunes en áreas con un bajo número de movimientos de trenes, y las distancias entre los trenes se analizan con más frecuencia en el contexto de los sistemas no manuales.
En el caso de la señalización automática de bloqueos (ABS), el intervalo se mide en minutos y se calcula a partir del tiempo transcurrido desde el paso de un tren hasta que el sistema de señalización vuelve a estar totalmente libre (avanzar). Normalmente, no se mide de punta a punta. Un sistema ABS divide la vía en secciones de bloqueo, en las que solo puede entrar un tren a la vez. Por lo general, los trenes se mantienen separados entre sí por dos o tres secciones de bloqueo, según cómo esté diseñado el sistema de señalización, por lo que la longitud de la sección de bloqueo suele determinar el intervalo.
El contacto visual como método para evitar colisiones (por ejemplo, durante las maniobras ) se realiza solo a bajas velocidades, como 40 km/h. Un factor clave de seguridad en las operaciones ferroviarias es espaciar los trenes al menos a esta distancia, el criterio de "parada en pared de ladrillos". [2] [3] Para hacer señales a los trenes a tiempo para que pudieran detenerse, los ferrocarriles colocaron trabajadores en las vías que cronometraban el paso de un tren y luego avisaban a los trenes siguientes si no había transcurrido un cierto tiempo. Esta es la razón por la que los intervalos de los trenes normalmente se miden como tiempos de punta a punta, porque el reloj se reiniciaba cuando la locomotora pasaba al trabajador.
A medida que se inventaron los sistemas de señalización a distancia, los trabajadores fueron reemplazados por torres de señalización en lugares determinados a lo largo de la vía. Esto dividió la vía en una serie de secciones de bloqueo entre las torres. Los trenes no podían entrar en una sección hasta que la señal dijera que estaba libre. Esto tuvo el efecto secundario de limitar la velocidad máxima de los trenes a la velocidad en la que podían detenerse en la distancia de una sección de bloqueo. Esta fue una consideración importante para el Tren de Pasajeros Avanzado en el Reino Unido , donde las longitudes de las secciones de bloqueo limitaban las velocidades y exigían que se desarrollara un nuevo sistema de frenado. [4]
No existe un tamaño de sección de bloqueo perfecto para el enfoque de control de bloqueo. Los tramos más largos, que utilizan la menor cantidad posible de señales, son ventajosos porque las señales son caras y son puntos de falla, y permiten velocidades más altas porque los trenes tienen más espacio para detenerse. Por otro lado, también aumentan la distancia entre vías y, por lo tanto, reducen la capacidad general de la línea. Estas necesidades deben sopesarse caso por caso. [5]
En el caso del tráfico automovilístico, el factor clave para determinar el rendimiento de frenado es el tiempo de reacción del usuario. [6] A diferencia del caso del tren, la distancia de frenado es generalmente mucho más corta que la distancia de detección. Esto significa que el conductor igualará su velocidad a la del vehículo que va delante antes de alcanzarlo, eliminando así el efecto de "pared de ladrillos".
Los números más utilizados son que un automóvil que viaja a 60 mph necesitará aproximadamente 225 pies para detenerse, una distancia que cubrirá en poco menos de 6 segundos. Sin embargo, los viajes por carretera a menudo se realizan con considerable seguridad con intervalos de avance de punta a cola del orden de 2 segundos. Esto se debe a que el tiempo de reacción del usuario es de aproximadamente 1,5 segundos, por lo que 2 segundos permiten una ligera superposición que compensa cualquier diferencia en el rendimiento de frenado entre los dos automóviles.
En la década de 1970, varios sistemas de transporte rápido personal redujeron considerablemente los intervalos de tiempo en comparación con los sistemas ferroviarios anteriores. Bajo control informático, los tiempos de reacción pueden reducirse a fracciones de segundo. Es discutible si las regulaciones tradicionales de intervalos de tiempo deben aplicarse a la tecnología de PRT y de trenes de automóviles. En el caso del sistema Cabinentaxi desarrollado en Alemania , los intervalos de tiempo se establecieron en 1,9 segundos porque los desarrolladores se vieron obligados a adherirse al criterio del muro de ladrillos. En los experimentos, demostraron intervalos del orden de medio segundo. [7]
En 2017, en el Reino Unido, el 66% de los automóviles y vehículos comerciales ligeros y el 60% de las motocicletas dejaron la distancia recomendada de dos segundos entre ellos y otros vehículos. [8]
La distancia entre ejes se determina en función de distintos criterios de seguridad, pero el concepto básico sigue siendo el mismo: dejar tiempo suficiente para que el vehículo se detenga con seguridad detrás del vehículo que lo precede. Sin embargo, el criterio de "parada segura" tiene una solución no obvia: si un vehículo sigue inmediatamente detrás del que va delante, el vehículo que va delante simplemente no puede frenar con la suficiente rapidez como para dañar al vehículo que va detrás. Un ejemplo sería un tren convencional, en el que los vehículos están unidos y solo tienen unos pocos milímetros de "juego" en los enganches. Incluso cuando la locomotora aplica un frenado de emergencia, los vagones que van detrás no sufren ningún daño porque cierran rápidamente el hueco en los enganches antes de que se pueda acumular la diferencia de velocidad.
Se han realizado muchos experimentos con sistemas de conducción automatizada que siguen esta lógica y reducen considerablemente los intervalos de paso a décimas o centésimas de segundo para mejorar la seguridad. Hoy en día, los modernos sistemas de señalización ferroviaria CBTC pueden reducir significativamente los intervalos de paso entre trenes en la operación. Mediante sistemas de control de crucero automatizados "seguidores de vagones" , los vehículos pueden formarse en pelotones (o bandadas) que se aproximan a la capacidad de los trenes convencionales. Estos sistemas se emplearon primero como parte de la investigación del transporte rápido personal, pero más tarde se utilizaron vagones convencionales con sistemas similares a los de piloto automático.
La línea 14 del metro de París tiene intervalos de paso de tan solo 85 segundos, [9] mientras que varias líneas del metro de Moscú tienen intervalos de paso en horas punta de 90 segundos. [10]
La capacidad de la ruta se define mediante tres cifras: el número de pasajeros (o peso de la carga) por vehículo, la velocidad máxima segura de los vehículos y el número de vehículos por unidad de tiempo . Dado que el intervalo de tiempo se tiene en cuenta en dos de las tres entradas, es una consideración primordial en los cálculos de capacidad. [11] El intervalo de tiempo, a su vez, se define por el rendimiento de frenado o algún factor externo basado en él, como los tamaños de bloque. Siguiendo los métodos de Anderson: [12]
La distancia mínima segura medida de punta a punta se define por el rendimiento de frenado:
dónde:
La distancia de punta a punta es simplemente la distancia de punta a cola más la longitud del vehículo, expresada en tiempo:
dónde:
La capacidad vehicular de un solo carril es simplemente la inversa del avance de punta a punta. Esto se expresa con mayor frecuencia en vehículos por hora:
dónde:
La capacidad de pasajeros del carril es simplemente el producto de la capacidad del vehículo y la capacidad de pasajeros de los vehículos:
dónde:
Considere estos ejemplos:
1) tráfico en autopista, por carril: velocidad de 100 km/h (~28 m/s), 4 pasajeros por vehículo, longitud del vehículo de 4 metros, frenado de 2,5 m/s^2 (1/4 g ), tiempo de reacción de 2 segundos, parada en pared de 1,5;
En la práctica, el intervalo de tiempo empleado es muy inferior a 10,5 segundos, ya que en las autopistas no se utiliza el principio de pared de ladrillos. En la práctica, se puede suponer que hay 1,5 personas por coche y un intervalo de tiempo de 2 segundos, lo que da 1.800 coches o 2.700 pasajeros por carril y hora.
A modo de comparación, el condado de Marin, California (cerca de San Francisco ) afirma que el flujo máximo en la autopista 101 de tres carriles es de aproximadamente 7.200 vehículos por hora. [13] Esta es aproximadamente la misma cantidad de pasajeros por carril.
A pesar de estas fórmulas, es ampliamente conocido que reducir la distancia aumenta el riesgo de colisión en entornos de automóviles privados estándar y a menudo se lo conoce como " tailgating" .
2) sistema de metro, por línea: velocidad de 40 km/h (~11 m/s), 1000 pasajeros, longitud del vehículo de 100 metros, frenado de 0,5 m/s^2, tiempo de reacción de 2 segundos, parada en pared de 1,5;
Tenga en cuenta que la mayoría de los sistemas de señalización utilizados en los metros imponen un límite artificial a la distancia de paso que no depende del rendimiento de los frenos. Además, el tiempo necesario para detenerse en la estación limita la distancia de paso. Si utilizamos una cifra típica de 2 minutos (120 segundos):
Dado que la distancia entre los trenes de un metro está limitada por consideraciones de señalización, no por el rendimiento del vehículo, las reducciones de distancia entre los trenes mediante una mejor señalización tienen un impacto directo en la capacidad de pasajeros. Por este motivo, el sistema de metro de Londres ha gastado una cantidad considerable de dinero en mejorar la red SSR [14] , las líneas Jubilee y Central con nueva señalización CBTC para reducir la distancia entre los trenes de unos 3 minutos a 1, mientras se prepara para los Juegos Olímpicos de 2012. [15 ]
3) sistema automatizado de tránsito rápido personal , velocidad de 30 km/h (~8 m/s), 3 pasajeros, longitud del vehículo de 3 metros, frenado de 2,5 m/s^2 (1/4 g ), tiempo de reacción de 0,01 segundos, falla de frenos en el vehículo líder para una desaceleración de 1 m/s, bot 2,5, m/s si el vehículo líder se frena. de 1,1;
Esta cifra es similar a la propuesta por el sistema Cabinentaxi , aunque se predijo que el uso real sería mucho menor. [16] Aunque los PRT tienen menos asientos para pasajeros y velocidades, sus intervalos más cortos mejoran drásticamente la capacidad de pasajeros. Sin embargo, estos sistemas a menudo se ven limitados por consideraciones de tipo "muro de ladrillo" por razones legales, lo que limita su rendimiento a unos 2 segundos similares a los de un automóvil. En este caso:
Los intervalos de tiempo tienen un enorme impacto en los niveles de pasajeros por encima de un cierto tiempo crítico de espera. Siguiendo a Boyle, el efecto de los cambios en los intervalos de tiempo es directamente proporcional a los cambios en el número de pasajeros por un simple factor de conversión de 1,5. Es decir, si un intervalo de tiempo se reduce de 12 a 10 minutos, el tiempo de espera promedio de los pasajeros disminuirá en 1 minuto, el tiempo total del viaje en el mismo minuto, por lo que el aumento de pasajeros será del orden de 1 x 1,5 + 1 o aproximadamente 2,5%. [17] Véase también Ceder para una discusión extensa. [18]
