El pasado mes de mayo la Fondazione FS Italiane conmemoró el final de una de las más apasionantes aventuras ferroviarias europeas: la electrificación en corriente alterna trifásica en los ferrocarriles de servicio general. Aunque esta tecnología, cuyo origen se remonta a 1896, aún se mantiene viva en pequeños ferrocarriles de montaña, el país trasalpino fue el único que la utilizó de forma masiva en líneas convencionales, hasta sumar más de 1.800 kilómetros electrificados bajo sus singulares catenarias bifilares.
Una tecnología embrionaria
Es preciso recordar que la tracción eléctrica ferroviaria nació prácticamente a la par que la propia electricidad. Aunque esta energía ya fue intuida en el antiguo Egipto y fueron los griegos los que le dieron nombre, élektron, ámbar, ya que al frotar esta resina con lana obtenían pequeñas descargas, no fue hasta el siglo XIX cuando se inició el verdadero desarrollo de esta tecnología. La invención de la bombilla eléctrica de Edison, patentada el 27 de enero de 1880 puede considerarse como el acta de bautismo de la energía eléctrica y sus aplicaciones industriales a gran escala.
Un año antes de la patente de la bombilla, Siemens ya presentó en la Exposición Universal de Berlín la que está considerada como primera locomotora eléctrica. Se trata, por tanto, de una tecnología embrionaria y cada avance científico de inmediato se introdujo en la tracción ferroviaria.
Los primeros pasos para el desarrollo de la energía eléctrica se dieron en el campo de la corriente continua y, en consecuencia, fue este sistema el utilizado en las primeras aplicaciones en tracción ferroviaria, sobre todo en los tranvías, impacientes por sustituir el motor de sangre o el humo de las locomotoras de vapor en sus servicios urbanos. Además, el motor de corriente continua aportaba, con los medios tecnológicos de la época, su gran flexibilidad y la facilidad de control mediante reóstatos. Sin embargo, la invención del transformador, desarrollado por los ingenieros de la firma húngara Ganz Miksa Déri, Ottó Bláthy y Károly Zipernowsky en 1885 pronto revolucionó el mundo de la generación y el transporte de la energía eléctrica a alta tensión mediante corriente alterna trifásica.
En pocos años, la corriente alterna trifásica desbancó a la continua en las centrales de generación y en las redes de distribución gracias a la sencillez con la que el transformador podía elevar o reducir la tensión, lo que facilitó el transporte de la energía eléctrica en alta tensión. En consecuencia, pronto se estudió también su aplicación directa en la tracción ferroviaria y el 1 de julio de 1896 se empleó por primera vez en el tranvía de Lugano (Suiza), diseñado con tecnología de la firma helvética Brown Boveri.
Los motores asíncronos trifásicos resultaban extremadamente robustos y apenas necesitaban mantenimiento respecto a los de continua, al carecer de colector y escobillas, siempre sometidos a desgaste, pero, en contrapartida, con los recursos tecnológicos de la época eran poco flexibles y resultaba sumamente complejo variar su velocidad, lo que únicamente se lograba mediante la modificación de las conexiones entre el estátor y el rotor, con las que se podía variar el número de polos y, por consiguiente, también el número de fases.
Las ventajas del motor asíncrono pronto se hicieron patentes en los ferrocarriles de cremallera, en los que la rigidez en la regulación de su velocidad lejos de ser una desventaja se convertía en una virtud, al proporcionar un elevado par de arranque y una marcha muy regular. Además, al mutar con facilidad de motor a generador, se podía utilizar como freno de recuperación, con la economía de energía que suponía que el tren descendente pudiera alimentar al ascendente.
Gracias a estas virtudes, las siguientes aplicaciones de la tracción eléctrica trifásica se desarrollaron en líneas de alta montaña de los Alpes suizos como el Gornegrat, inaugurado el 20 de agosto de 1898, y el Jungfraubahn, cuyo primer tramo se abrió el 20 de septiembre del mismo año. Tras estas experiencias pioneras, otros pequeños ferrocarriles helvéticos adoptaron este sistema, incluida la línea de Burgdorf a Thun, la primera en ancho de vía normal en aplicar la tracción trifásica a partir del 21 de julio de 1899.
Mientras tanto, en Budapest la firma Ganz, bajo la dirección del ingeniero Kálmán Kandó construyó en la isla Margarita una línea experimental que, por primera vez en la historia, sería alimentada a la tensión de 3.000 voltios en frecuencia especial de 15 Hercios. Los resultados de esta experiencia serían cruciales para el futuro desarrollo del sistema.
La Valtellina
En una fecha tan temprana como 1898, el ministerio de Obras Públicas italiano organizó una comisión técnica para valorar las ventajas de la tracción eléctrica en sus ferrocarriles, sobre todo en los numerosos pasos de montaña en los Alpes y en los Apeninos, donde el vapor ya estaba mostrando sus limitaciones. Tras analizar detalladamente la cuestión, las necesidades del servicio y las posibilidades que ofrecían las diversas tecnologías disponibles a finales del siglo XIX, la citada comisión impulsó la realización de diversos ensayos, como los efectuados entre 1899 y 1904 con automotores alimentados mediante acumuladores en las líneas de Milán a Monza y de Bolonia a San Felice, así como, también en corriente continua pero alimentada mediante tercer carril a 650 voltios, en la línea de Milán a Varese.
Pese a los alentadores resultados de estas experiencias, la comisión constató que tanto la velocidad como la potencia obtenida resultaba insuficiente y, en el caso de los automotores con acumuladores, la autonomía que ofrecían era muy inferior a la necesaria en un servicio comercial. Mientras tanto, en las estribaciones de los Alpes se optó por ensayar la tracción trifásica según los principios desarrollados en Hungría por Kálmán Kandó en un duro ferrocarril de montaña de 80 kilómetros de longitud que conectaba Lecco con Sondrio, la línea de la Valtellina, puesta en tensión el 4 de septiembre de 1902.
La línea de la Valtellina, alimentada en corriente alterna trifásica a la tensión de 3.000 voltios en frecuencia de 15 hercios se convirtió, en su momento, en el ferrocarril electrificado de mayor longitud del mundo y el que utilizaba el voltaje más elevado de la época. Su buen funcionamiento pronto animó a proseguir la experiencia con la extensión de su catenaria bifilar al ramal de Colico a Chiavenna, de 26 kilómetros.
El 19 de mayo de 1906 entraba en servicio una nueva electrificación trifásica, en esta ocasión en la línea internacional que enlaza Suiza e Italia, los 24 kilómetros que contectan Brig e Iselle a través del túnel del Simplon. Sus primeras locomotoras, suministradas como en la Valltellina por la húngara Ganz, se alimentaban también a 3.000 voltios en frecuencia de 15 Hercios.
El ejemplo del Simplon fue seguido en los Estados Unidos en la electrificación del túnel de Cascade, alimentado en esta ocasión a 6.000 voltios y frecuencia de 25 Hercios. Además de los cuatro kilómetros de la galería, también se electrificaron sus accesos, con rampas de hasta 22 milésimas, con un recorrido total de 10 kilómetros inaugurados el 10 de julio de 1909.
La tecnología avanza
A inicios del siglo XX, el desarrollo de la industria eléctrica favoreció la evolución de los sistemas de electrificación ferroviaria. Así, la mejora de los aislamientos permitió incrementar el voltaje y en 1915 se utilizaron por primera vez los 3.000 voltios en corriente continua.
Al mismo tiempo, en Alemania, donde en 1903 unos automotores experimentales alimentados con corriente alterna trifásica batieron el récord de velocidad absoluto al alcanzar los 210,2 kilómetros por hora, se inició, en colaboración con la industria suiza el desarrollo de un nuevo sistema de electrificación ferroviaria: la corriente alterna monofásica en alta tensión y frecuencia especial de 16 2/3 Hercios. De este modo, se podían aprovechar las ventajas del motor de colector y utilizar tensiones de hasta 15.000 voltios, con lo que se aligeraban y simplificaban las catenarias, se reducía el número de subestaciones y se limitaban las pérdidas energéticas y las caídas de tensión. El 11 de noviembre de 1905 se inició la explotación del primer ferrocarril alimentado de este modo, la línea suiza de Seebach a Wettingen y gracias a sus buenos resultados, este sistema pronto se implantó en Suiza, Alemania, Austria, Noruega, Suecia y también en los Estados Unidos, pese a que la utilización de una frecuencia especial, diferente a la de las redes de distribución, exigía disponer a las empresas ferroviarias de sus propias centrales generadoras o de complejos sistemas de cambio de frecuencia en sus subestaciones.
Italia se mantiene fiel
Pese a los avances que experimentaban las electrificaciones en corriente continua y en alterna monofásica en frecuencia especial, Italia se mantuvo fiel a la corriente alterna trifásica que tan buenos resultados había ofrecido en la línea de la Valtellina. La Ferrovia dello Stato, empresa pública creada en 1905 y que aglutinó la mayor parte de las concesiones privadas del país decidió, en 1907, afrontar la electrificación de uno de los trayectos más difíciles de su red, caracterizada, además, por un intenso tráfico de mercancías: la travesía de los Apeninos por la línea del Giovi, que comunica la industriosa Turín con el puerto de Génova con pendientes que alcanzan las 35 milésimas. La marcha estable de los motores trifásicos, así como la sencilla utilización del freno de recuperación permitiría una explotación sumamente económica, ya que la energía generada por los motores de los trenes descendentes sería aprovechada por los ascendentes.
Tras un completo periodo de pruebas, el 1 de marzo de 1911 la tracción vapor fue completamente sustituida en el tramo más difícil, los quince kilómetros comprendidos entre las estaciones de Busalla y Pontedecimo. Con el nuevo sistema se pudo triplicar la capacidad de la línea y gracias a su ejemplo, en pocos años las electrificaciones trifásicas se extendieron por toda la región de Piamonte, Lombardía y Liguria, incluidas las conexiones internacionales con Francia, tanto por la costa, por Ventimiglia, como por los Alpes, a través de la línea de Turín a Modane por el túnel de Fréjus, completada en 1919.
Electrificaciones a la italiana
La tracción trifásica alcanzó su máximo apogeo en la región de Piamonte, Lombardía y Liguria, donde los trenes eléctricos alimentados con este sistema conectaron ciudades tan importantes como Turín, Genova, Pisa, La Spezia, Livorno o Alessandria con más de mil kilómetros bajo catenarias bifilares a la tensión de 3.600 voltios en frecuencia especial de 16 2/3 que pronto se convirtió en la estándar en los ferrocarriles italianos. Junto a éstas, la Ferrovie dello Stato también operaba la histórica línea de la Valtellina, ampliada entre Lecco y Monza, cerca de Milán, en 1914.
Tan características fueron esta clase de instalaciones en el país transalpino, el único que utilizó de forma generalizada la alimentación en corriente alterna trifásica en líneas de servicio general, que este sistema pronto fue conocido como el de las «electrificaciones a la italiana». De hecho, en los años veinte las electrificaciones trifásicas se ampliaron a otras regiones del país. En la Toscana se implantó en la difícil y sobrecargada línea de Bolonia a Florencia, la «Porrettana» y dos años más tarde también se empleó en otro trayecto internacional, la principal comunicación con Austria a través de la región del Alto Adige, entre Bolzano y Brennero, electrificación que en 1934 se extendió hasta Trento.
Un caso excepcional fue el de la única electrificación trifásica realizada en la región del Lazio, la línea de Roma a Sulmona, de 127 kilómetros y rampas de hasta 31 milésimas, en la que por primera y única vez se empleó la tensión de 10.000 voltios en frecuencia industrial de 45 Hercios. Esta electrificación se inauguró el 28 de octubre de 1928 entre Roma y Tívoli y el 23 de marzo de 1929 el tramo restante hasta Sulmona.
Lenta decadencia
Pese a los resultados satisfactorios que ofrecía la tracción eléctrica trifásica a los ferrocarriles italianos, el desarrollo de las electrificaciones en corriente continua a la tensión de 3.000 voltios hizo que, finalmente, el país transalpino se decantara por este sistema, gracias a la flexibilidad que ofrecía el motor de colector frente a la difícil regulación de la velocidad de los motores asíncronos, y a la simplicidad de la catenaria, en comparación con la complejidad de las líneas bifilares, que, además, limitaban el desarrollo de velocidades superiores a los 100 kilómetros por hora.
El 29 de enero de 1927 se iniciaron los ensayos en la primera línea italiana electrificada a la tensión de 3.000 voltios en corriente continua, la de Beneveto a Foggia, y tras los positivos resultados de la experiencia, la Ferrovia dello Stato decidió apostar por este sistema en sus nuevas electrificaciones. Aunque, en principio, éstas deberían convivir con las existentes en alterna trifásica, entre 1933 y 1935 se produjo la primera conversión, la de la línea Porrettana, en paralelo a la puesta en servicio de la nueva «direttisima» de Florencia a Bolonia, inaugurada el 21 de abril de 1934.
Antes del inicio de la Segunda Guerra Mundial también se cambió el sistema de electrificación entre Livorno y Pisa, que se convertiría en continuación de la inaugurada el 14 de noviembre de 1938 a 3.000 voltios en corriente continua entre Roma y Livorno. Además, el conflicto bélico supuso la destrucción de buena parte de las instalaciones de la electrificación experimental de Roma a Sulmona, que no serían reconstruidas hasta su reelectrificación a 3.000 voltios en 1950.
El 15 de mayo de 1953 se completó la transformación a 3.000 voltios en corriente continua de la línea pionera de la Valtellina, y entre 1952 y 1965 la tracción trifásica también fue reemplazada en la línea internacional del Brennero. Más compleja fue la transformación de la gran red del Piamonte, Lombardía y Liguria. Iniciada el 22 de abril de 1948 en la sección de Génova Brignole a Sestri Levante, no se completó hasta el 25 de mayo de 1976, fecha en la que se suprimió el último tramo de ferrocarril convencional del mundo alimentado mediante corriente alterna trifásica, los 84 kilómetros del trayecto Alessandria-Acqui Treme-S. Giuseppe di Cairo. Con ella se cerraba una etapa trascendental en la historia de la tracción eléctrica, cuyos únicos testimonios son algunas líneas de montaña como los pioneros del Gornegrat y el Jungfrau o el brasileño del Corcovado, en Río de Janeiro, sin olvidar, a apenas unos metros de nuestra frontera con Francia, el cremallera de La Rhune.
En contraste, mientras la alimentación mediante corriente alterna trifásica desaparecía de la escena, el desarrollo de la electrónica de potencia facilitó la aplicación directa de los motores trifásicos asíncronos a la tracción ferroviaria. De hecho, en la actualidad, éstos han desbancado prácticamente por completo al de colector y la inmensa mayoría de los trenes, metros y tranvías eléctricos cuentan hoy en día con motores de este tipo, que no dejan de ser una lejana herencia de los experimentos iniciados en 1896 con esta clase de tracción.
