Energía y automoción: impacto socioeconómico

VV.AA. [EMILIO LARRODé PELLICER, JESúS GALLEGO NAVARRO Y ALBERTO FRAILE DEL POZO]

Universidad de Zaragoza

Optimización de redes de transporte

Un sistema de transporte sostenible se cimenta en la eficiencia energética y en la ausencia de efectos nocivos para el medioambiente y los seres humanos. Para lograr este objetivo, es necesario, según los autores, la optimización de las redes de transporte mediante la planificación de rutas que ahorren energía.

La red del transporte como infraestructura de unión
En la actualidad, la capacidad global de transporte refleja la potencia económica de un país, ya que para su desarrollo económico no basta con tener una gran producción, sino que  también ha de tener la facultad de poder transportarla a cualquier lugar del mundo para ampliar los mercados consumidores. Los medios de transporte deben ser eficaces, DESTACADOSPerfil: Emilio Larrodé Pellicer, Jesús Gallego Navarro y Alberto Fraile Del Pozo
es decir, deben poder transportar personas y mercancías a cortas o largas distancias, al más bajo coste y en el menor tiempo posible, por lo que su modernización ha de ser permanente  y, más importante aún, deben contar con las infraestructuras y redes necesarias para poder llegar a cualquier destino.

Una red de transporte, básicamente, es una infraestructura necesaria para la circulación de los vehículos que transportan personas o mercancías. Suelen estar dispuestas en el territorio conectando los núcleos de población o de actividad industrial, de tal manera que se cree una red de diferente densidad dependiendo del tráfico generado en la zona. Normalmente, las redes más densas se sitúan en torno a los lugares en los que se conectan varios ejes o sirven de intercambiador entre diferentes medios de transporte (carretera-aeropuerto, ferrocarril-carretera, carretera-puerto,...).

La existencia de unas u otras redes de transporte, o la mayor o menor densidad de las mismas, viene determinada por una serie de factores condicionantes, ya sean histórico-políticos del pasado; o naturales, a causa de los accidentes geográficos; o espaciales, dependiendo de la ubicación de los principales núcleos de actividad.


Redes urbanas e interurbanas
Principalmente, los modos de transporte se encuadran en tres grandes grupos, aéreo, marítimo y terrestre, y es en este último en el que mayoritariamente se trabaja en el ámbito de la optimización de redes de transporte, ya que se trata del caso en el que más confluencias e interacciones se producen. En España, el transporte por carretera es el más utilizado tanto para el transporte de viajeros como para el de mercancías, representando en torno al 90-80% del total de los desplazamientos.

El transporte terrestre es aquel cuyas redes se extienden por la superficie de la tierra, donde sus ejes son visibles debido a que están formados por una infraestructura construida previamente, por la que son transportadas mercancías y personas. Así pues, existen redes de carreteras, vías de ferrocarril, caminos, carriles bici y otras redes especiales (eléctricas, de comunicaciones, oleoductos y gaseoductos).




Las redes de transporte terrestre se pueden clasificar en función de su densidad en tres tipos: redes estructuradas, son aquellas en las que existe un gran número de ejes, conectados entre sí y organizados de una manera jerárquica, lo que facilita el transporte por todo el territorio (son las redes de los países desarrollados); redes poco estructuradas, en la que existen varios ejes, conectados o no entre sí, sin que exista una jerarquización entre El transporte dentro de las ciudades abarca muchos sistemas, algunos de ellos muy especializados, ya que hay que garantizar la movilidad de personas y mercancíasellos (generalmente son las redes de los países subdesarrollados); y ejes aislados, que serían aquellos que unen exclusivamente dos puntos en el territorio, lugar de producción y de consumo (redes de algunas zonas de países desarrollados en los que la población es escasa y los recursos naturales no son explotados).

Más técnicamente, se puede diferenciar entre redes interurbanas y redes urbanas. Las redes interurbanas principalmente se dividen en dos, las líneas ferroviarias y las carreteras. En cuanto a las vías férreas en España se distinguen tres tipos, las líneas con vía estrecha (1.000 mm), las líneas con vía de ancho internacional (1.435 mm), y las más predominantes que son las líneas con vía de ancho ibérico (1.668 mm). Dentro de esta tipología de vías también habría que diferenciar las líneas de vía única o doble, y las electrificadas o no electrificadas.

El transporte por carretera interurbano es el más habitual en todo el mundo. Da acceso, a personas y mercancías, a la mayoría de puntos del territorio. Conecta ciudades y pueblos, y es fundamental para el transporte de grandes mercancías y grupos numerosos de personas, aunque la mayoría de los vehículos que se desplazan por estas carreteras son pequeños vehículos privados. La red interurbana de carreteras necesita que la circulación sea fluida y continua, por lo que no suele tener semáforos.

Esta red está muy jerarquizada, en el nivel más alto están las autopistas y  las autovías, en un nivel inferior se encuentran las carreteras nacionales y estatales, y por último, en un nivel más inferior, las carreteras locales y En general, optimizar una red de transporte, ya sea terrestre, ferroviaria o aérea, consiste en planificar las rutas que conectan los punto de origen con los de destino, coincidentes o no, de forma que el consumo energético experimentado por el vehículo sea el menor posiblecomarcales. La densidad del tráfico en las vías interurbanas es irregular, puede llegar a ser muy intensa en torno a las ciudades, donde en ocasiones se producen congestiones del tráfico y atascos debido a los cuellos de botella que existen en los accesos a algunas ciudades, principalmente en las de mayor población, y suele ser muy baja en las ciudades menos densamente pobladas.

Las redes urbanas son uno de los aspectos más complejos a los que se enfrentan las Administraciones públicas en cualquier ciudad. El transporte dentro de las ciudades abarca muchos sistemas, algunos de ellos muy especializados, ya que hay que garantizar la movilidad de personas y mercancías. El que en una ciudad existan varios sistemas de transporte implica que hay, también, diversas redes que se cruzan y se superponen, como por ejemplo dos de las más importantes, las aceras y las carreteras.

Todas las ciudades disponen de una red de carreteras básica para la circulación de los distintos vehículos, con calles de uno o varios carriles, de un sentido o de dos, y con aceras en los laterales para el tránsito de los peatones. En las grandes ciudades, la red de carreteras básica se complementa con circunvalaciones que permiten conectar, rápidamente, los barrios de la ciudad que están más alejados.
Superpuesta sobre la red de carreteras existen algunas redes más específicas. Las más importantes son el carril bus, las vías de tranvías y los carriles bici, que son redes reservadas para este tipo de vehículos, y excluidas de la circulación general. Representan una infraestructura paralela, a veces de gran inversión, como es el caso del tranvía, pero que son de gran beneficio para la descongestión del tráfico fundamentalmente en el centro de las ciudades. 

Por otra parte, en algunas ciudades se encuentra la red de metro y la red de cercanías, que son redes ferroviarias exclusivas para estos vehículos de transporte público, dispuestas a diferentes niveles de profundidad. Se caracterizan por su altísimo coste de construcción, pero se compensa con la alta eficiencia en tiempos de desplazamiento, el ahorro de contaminación ambiental y la reducción de tráfico en las calles.

La intermodalidad, que actualmente es  tan importante para el desarrollo de las actividades comerciales y para el transporte de pasajeros, se produce en determinados puntos de conexión, como son las estaciones de autobús y ferrocarril, por un lado, los accesos de las vías interurbanas a la ciudad, por otro, y sin olvidar los aeropuertos y los puertos marítimos, que se suelen localizar a las afueras de las ciudades. De este modo, la interacción entre las redes urbanas y las redes interurbanas queda totalmente cubierta.


La optimización de las rutas de transporte como medio de ahorrar energía
Una vez definidas las redes de transporte, se plantea el problema de su optimización. La optimización de las redes de transporte se basa en tareas de planificación de rutas, obteniéndose como resultado unos ahorros energéticos que contribuyen a la sostenibilidad del sistema de transporte. Cabe recordar que un sistema de transporte sostenible se cimenta en la eficiencia energética y en la ausencia de efectos perjudiciales, tanto para el medioambiente como para los seres humanos, durante el desarrollo de las actividades que engloban este proceso.

En general, optimizar una red de transporte, ya sea terrestre, ferroviaria o aérea, consiste en planificar las rutas que conectan los punto de origen con los de destino, coincidentes o no, de forma que el consumo energético Un algoritmo genético es un método aproximado de búsqueda y optimización basado en el proceso genético de los organismos vivos, de acuerdo a los principios de la selección natural y la supervivencia de los más fuertes propuestos por Darwinexperimentado por el vehículo sea el menor posible. Idealmente la ruta que implica menos consumo de energía coincidiría con la línea recta. No obstante, en ocasiones puede que el camino más corto no sea la opción óptima; esta vendrá determinada por el tipo de vía, la orografía del terreno y todos aquellos factores que influyan sobre el consumo del sistema de tracción del vehículo que recorrerá la ruta.

A la hora de la verdad, cuando hay que enfrentarse a la tarea de planificación, además del factor energético, entran en juego otra serie de elementos de tipo económico y operativo. Por ejemplo, para el caso particular del transporte de mercancías por carretera, a la hora de planificar las rutas de la red de transporte, además de determinar la ruta óptima (menor consumo energético, que supone un menor desembolso económico en combustible o energía eléctrica, también debe tenerse en cuenta el pago de posibles peajes en el caso de que la ruta que implicara menor consumo energético discurriera por autopistas o vías de pago, lo que llevaría a la búsqueda de posibles trayectos alternativos que incurrieran en menores gastos globales). Para este fin, deben considerarse aspectos como la reducción de los kilómetros a realizar en vacío, la combinación de entregas, los plazos temporales de recogida y entrega marcados por el cliente, la empresa o la normativa vigente; las características y restricciones de los productos a entregar o recoger, el tipo de vehículo, o la maximización de la masa y el volumen de carga.

Ante la complejidad que supone hacer frente a cada problema de transporte, debido a que a menudo hay que enfrentarse a casos en los que las alternativas son muy numerosas, cuando llega el momento de planificar las redes de transporte se cuenta con la ayuda de los denominados optimizadores de rutas. Un optimizador de rutas es una herramienta de ayuda que utiliza métodos o técnicas cuantitativas apoyadas en modelos matemáticos, para automatizar el proceso de planificación de rutas y optimizar los recursos disponibles. Uno de los métodos matemáticos más utilizados  para este fin son los algoritmos genéticos.

Un algoritmo genético es un método aproximado de búsqueda y optimización basado en el proceso genético de los organismos vivos, de acuerdo a los principios de la selección La eficiencia del transporte es un requisito indispensable para garantizar en las ciudades la movilidad a mediano y largo plazosnatural y la supervivencia de los más fuertes propuestos por Darwin. Por imitación de este proceso, los algoritmos genéticos son capaces de ir creando soluciones para problemas del mundo real. Más estrictamente, y siguiendo la definición propuesta por Goldberg, “los algoritmos genéticos son algoritmos de búsqueda basados en la mecánica de selección natural y de la genética natural. Combinan la supervivencia del más apto entre estructuras de secuencias con un intercambio de información estructurado, aunque aleatorizado para construir así un algoritmo de búsqueda que tenga algo de las genialidades de las búsquedas humanas”. La utilización de los algoritmos genéticos no garantiza la obtención de la solución más óptima, no obstante, se alcanzar resultados de un nivel muy alto en un tiempo muy competitivo respecto al resto de algoritmos de optimización.

Estos optimizadores de rutas se han implantado con éxito para determinar trayectos de transporte en diferentes sectores, entre los que destacan entre otros: la distribución de hidrocarburos, el traslado de turistas, el transporte regular y discrecional de viajeros, el reparto de mercancías a grandes y pequeños comercios o la recogida de residuos urbanos.





Nuevas tecnologías aplicadas a la movilidad: eficiencia energética
El marco actual está marcado por la inminente irrupción de nuevos vehículos con sistemas de tracción alternativos al sistema de tracción tradicional de combustión interna alimentado con gasolina o gasoil. Estos nuevos sistemas de tracción se dividen en térmicos (biocombustibles, gas natural o GLP), eléctricos (enchufables o pila de combustible) e híbridos (térmicos-eléctricos).

La incorporación de los nuevos sistemas de tracción llega ligada a unos sistemas de diseño eficientes, en los que conocer la energía que va a requerir el vehículo en su funcionamiento va a ser básico. Habrá que llegar al compromiso de mejores prestaciones posibles con el menor gasto energético que esto permita. Para ello se hacen imprescindibles estudios de demanda particulares en función del tipo de vehículo y el uso que se vaya a hacer de él. Esto lo que permite al final es seleccionar la flota de vehículos: tipo y número, en función de las rutas a recorrer.

Dentro de este contexto vale la pena diferenciar entre entorno urbano, caracterizado por tratarse de redes de transporte de corta distancia, y entorno interurbano, caracterizado por contar con redes de transporte de larga distancia.

La eficiencia del transporte es un requisito indispensable para garantizar en las ciudades la movilidad a mediano y largo plazos. Actualmente, estudios han demostrado que en Europa, el 30% de los trayectos realizados en coches cubren distancias menores a 3 km y el 50% menores a 5 km; y que el 40% de los desplazamientos cotidianos se realizan para acudir al trabajo o al colegio.

En base a estos resultados se están tomando una serie de medidas para reducir el consumo energético, destacamos:

  • Implantación de planes de movilidad urbana en las ciudades, cambiando los hábitos de movilidad y la dependencia del coche.
  • Implantación de planes de transporte a los centros de trabajo (polígonos industriales, de oficinas), a los centros comerciales y de ocio.
  • Aumentar la calidad y dar prioridad al transporte público. Incorporación de carriles bus, prioridad semafórica.
  • Incorporación de vehículos eléctricos para actividades cotidianas dentro del entorno urbano: limpieza, reparto de mercancías, paquetería, correos, uso particular.
  • Potenciación de la movilidad a pie y en bicicleta, recuperando espacio urbano para la movilidad no motorizada. Incluso la moto antes que el coche. En la ciudad, la bicicleta es un medio de desplazamiento tan rápido como el coche o más, si se mide el tiempo puerta a puerta.

En las redes de transporte de larga distancia la búsqueda de la eficiencia energética pasa en primer lugar por el aumento del uso de la red ferroviaria y marítima en detrimento de la red de terrestre de carreteras, y en segundo lugar por la hibridación de los sistemas de tracción.

La potenciación de los modos ferroviario y marítimo pasa por la mejora de la cadena multimodal, ya que estos modos por si solos no permiten el transporte puerta a puerta, transformando a la carretera como el modo complementario de los otros modos. De esta forma se consigue una utilización más racional de la capacidad de transporte disponible.

Por otro lado, la hibridación de un vehículo permite mantener e incluso mejorar las prestaciones que proporcionan los vehículos tradicionales de combustión interna, disminuyendo el consumo de combustible. Presenta como principio básico la existencia de sistemas eléctricos y térmicos que se complementarán para dar lugar al movimiento del vehículo. Se pueden dar dos casos:

  • Hibridación del sistema de tracción.
  • Hibridación del sistema de alimentación de energía.

Perfil: Emilio Larrodé Pellicer, Jesús Gallego Navarro y Alberto Fraile Del Pozo

  Emilio Larrodé Pellicer
Doctor Ingeniero Industrial por la Universidad de Zaragoza. Catedrático del Área de Ingeniería e Infraestructura de los Transportes del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Zaragoza. Director del grupo de investigación en Transporte y Logística (GITEL), director del grupo de Investigación en Sistemas y Medios de Transporte Sostenibles (SMITS), director del Máster Universitario en Sistemas Mecánicos, director de la cátedra para la Diversificación Industrial y Tecnológica de la Universidad de Zaragoza. Adjunct Professor, MIT-Zaragoza International Logistics Program en el Zaragoza Logistics Center.
     
  Jesús Gallego Navarro  
Ingeniero Industrial por la Universidad de Zaragoza. Actualmente está realizando la tesis doctoral en el Departamento de Ingeniería Mecánica. Su investigación se centra en la optimización del sistema de transporte a partir del análisis de los factores principales que influyen en los vehículos eléctricos y sus sistemas de tracción. Miembro del grupo de investigación en Transporte y Logística (GITEL), uno de los grupos de investigación del Instituto de Investigación de Ingeniería en Aragón (I3A). Además colabora con la cátedra para la Diversificación Industrial y Tecnológica de la Universidad de Zaragoza.
     
  Alberto Fraile Del Pozo
Ingeniero Industrial por la Universidad de Zaragoza. Realiza en la actualidad su tesis doctoral en el Departamento de Ingeniería Mecánica, investigando sobre movilidad sostenible, optimización del transporte urbano, y novedades en sistemas energéticos para vehículos. Forma parte del grupo de investigación en Transporte y Logística (GITEL), uno de los grupos de investigación del Instituto de Investigación de Ingeniería en Aragón (I3A). También colabora con la cátedra para la Diversificación Industrial y Tecnológica de la Universidad de Zaragoza.





































Publicado en Núm. 06


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