Pregunta:
Tercer carril vs cable aéreo: ¿cuál es más eficiente en términos de consumo de electricidad?
Ricky
2015-11-19 16:51:00 UTC
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Soy consciente de que hay que considerar muchos factores diferentes, como la facilidad de instalación / mantenimiento, la conversión de CA a CC, el entorno, la distancia, la velocidad, la frecuencia de los giros, etc.

Dejando todo eso a un lado por ahora, suponga que construimos una pista de demostración de 10 millas de largo con algunas colinas y giros en el camino y con un tercer riel y un cable aéreo. Supongamos además que tenemos dos trenes (uno equipado con pantógrafo y el otro con zapatos de contacto). Tienen exactamente el mismo peso y están programados para acelerar y desacelerar al mismo ritmo y correr a la misma velocidad.

¿Cuál habrá consumido más electricidad al final de la carrera de diez millas?

Pregunta adicional: Un tercer riel es mucho más ancho y grueso que un cable aéreo. ¿Se desperdicia más electricidad de esa manera?

¿Asume que ambos tienen el mismo voltaje de suministro?
@Ariser: No asumo nada. Reorganice el voltaje de suministro de la forma que desee, use cualquier truco que se le ocurra, diviértase un montón, burlarse de mí todo lo que quiera, pero POR FAVOR coloque un medidor en algún lugar similar a los que usa su compañía de energía, haga las lecturas apropiadas en los momentos apropiados , imprime los dos billetes y dime cuál es más grande.
Interesante. Mi intuición es que los gastos generales son más eficientes ... pero no soy un ingeniero eléctrico.
Creo que cualquier diferencia eléctrica sería muy pequeña en comparación con todas las demás consideraciones. ¿De verdad te preocupan las características eléctricas o estás pensando que las diferencias eléctricas son los principales puntos decisivos?
@grfrazee: Yo también lo creo, pero me gustaría una respuesta definitiva sobre este tema.
Sostenibilidad de @hazzey:. Mucha energía simplemente se desperdicia en el sistema de metro que tenemos en nuestra ciudad. Puede que tenga que modernizarse y reconfigurarse en un futuro no muy lejano si queremos mantenerlo cuando los precios de la energía empiecen a subir exponencialmente. Si los cables aéreos y los pantógrafos pudieran reducir el consumo de energía en, digamos, un 40%, instalarlos debería ser parte del plan. Incluso si es menos que eso, podría valer la pena. La diferencia puede parecer insignificante cuando solo están involucrados dos trenes en una pista de prueba. Tenemos alrededor de mil de ellos funcionando simultáneamente en las horas pico.
El tercer carril será más eficiente, como dice la respuesta, * al mismo voltaje *. Sin embargo, los cables aéreos son más difíciles de tocar o pisar ... con frecuencia tienen un voltaje mucho más alto (por ejemplo, 25 kv en lugar de 600 v) y eso permite una mayor eficiencia.
@BrianDrummond: Está bien. ¿Por qué? ¿Qué hace un voltaje más alto?
Reducir la corriente, en proporción. Y dado que la potencia perdida en un cable es I ^ 2 * R, reduce las pérdidas de energía por el cuadrado del aumento de voltaje.
One responder:
Stack Tracer
2015-11-20 20:08:53 UTC
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Su "pregunta adicional" contiene la respuesta aquí. Suponiendo que los dos trenes son perfectamente idénticos y que el consumo de energía es idéntico (que, si tiene el mismo peso, motor y tamaño, será), se reduce a la pérdida de transmisión.

La resistencia de un conductor es R = L * Rho / AL = longitud Ro = resistividad (propiedad del material) A = área de la sección transversal

Suponiendo que L es el mismo para ambos sistemas, se reduce a la sección transversal zona. El riel es más grande, por lo que se pierde menos potencia al transferir la potencia al tren.

P = I ^ 2 * R

P = potencia, I = corriente, R = resistencia (desde arriba)

Entonces, en el acto de transferir corriente al tren, se pierde energía. Y se pierde más en las líneas / rieles que en la transferencia al tren, y debido a que los rieles tienen menor resistencia, desperdician menos energía.

Nota: Por lo general, cuando las líneas aéreas se utilizan para impulsar trenes, se debe a problemas de seguridad. Si hay personas alrededor y potencialmente podrían caminar sobre los rieles, como un tren sobre el suelo, a nivel de la calle ("trolebús"), tiene mucho sentido no electrocutarlos cuando pisen los rieles.

Gracias por señalar eso. No estoy seguro de comprender el significado de la última oración. Estamos por la pérdida de transmisión, pero ¿se pierde más en las líneas? ¿Qué líneas? ¿Qué líneas?
O las líneas eléctricas aéreas o los rieles. Ambas pueden considerarse "líneas de transmisión" por la energía que llega a los trenes.
Además, consulte las actualizaciones de la respuesta anterior sobre la seguridad de los rieles y los techos.
Entonces, el tercer carril es más eficiente. ¿Derecho?
Sí, está diciendo que el tercer riel entregará la potencia al tren con menos pérdidas. La forma en que siempre recuerdo que la resistencia de la transmisión eléctrica es análoga al flujo de fluidos (tal vez sea porque soy un MechE). A medida que las tuberías se hacen más pequeñas y más largas, es más difícil empujar el fluido a través de ellas y se pierde más energía (presión) en haciéndolo. Lo mismo ocurre con la corriente eléctrica en los cables.
@Ricky, Sí. Eso es correcto.
Esto supone que ambos están hechos del mismo material. En el caso de suministro aéreo, generalmente tiene un cable de contacto de acero conectado a un cable de suministro de cobre o aluminio, por lo que no hay razón para suponer que las pérdidas de transmisión serían significativamente diferentes entre los dos.
Creo que aquí hay algunas suposiciones más no declaradas. Una es que el riel puede estar hecho de al menos un conductor tan bueno como la línea (lo cual es trivial: simplemente incruste la línea en el riel). Pero uno potencialmente decisivo es que es posible que no pueda pasar tanto voltaje a través de un riel como a través de un cable aéreo. En distancias largas, *** dependiendo del nivel de potencia ***, es posible que tenga que hacer un riel poco realista para compensar la restricción de voltaje.
En el caso del riel, existe un límite para aumentar el voltaje, debido al arco eléctrico https://youtu.be/NQQMK1Rvq0A?t=2s ya que ambos conductores están muy próximos. Para mover más energía (I * U), necesita aumentar el voltaje para mantener tamaños de conductores manejables.


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