Es la solución más comúnmente adoptada para electrificar ferrocarriles. Se trata de instalar por encima de la vía, a una altura determinada, uno o varios cables electrificados de los cuales los trenes tomarán la energía para poder moverse. Es la llamada «catenaria» o Línea Aérea de Contacto.
Su nombre proviene del latín catenarius que significa «propio de la cadena» y es el nombre que recibe la curva que describe una cadena (o una cuerda) cuando se la suspende de sus dos extremos. Si queréis ver exactamente lo que es, coged un cordón cualquiera y lo sujetáis por las dos puntas sin tensarlo. Eso es una curva catenaria. A la catenaria ferroviaria se le llama así porque las primeras consistían en sólo un cable colgado de varios postes y debido a que la curva que formaban en cada vano era una curva catenaria. Se utilizó muy habitualmente en redes tranviarias o ferrocarriles económicos.
La catenaria tranviaria presenta el problema de que la curva que describe el cable es tanto más pronunciada cuanto más separados estén los postes de los que cuelga, y eso provoca que no se puedan conseguir grandes velocidades, ya que se produciría el despegue del pantógrafo o la salida del trole.
¿Qué es un pantógrafo o un trole? Pincha aquí para saber más.
Para evitar ese problema y para poder circular a mayores velocidades, se desarrolla la catenaria compuesta. Está formada por una serie de cables (ya no es uno solo) que tienen diferentes funciones. En la siguiente foto se ven muy bien los diferentes cables de la catenaria, aunque el tren que sale no es eléctrico.
Talgo a su paso por Guimorcondo (Ávila). Foto: Yago López Carvajal, julio de 2004.
El cable que va más arriba, el que va haciendo las curvas, es el sustentador. Es el que soporta todo el peso del resto del conjunto. El cable recto que está por debajo es el hilo de contacto. Es contra el que roza el pantógrafo y que debe mantenerse siempre a la misma altura sobre el carril dentro de unos márgenes. Para ello, cuelga del sustentador a través de todos esos cablecitos verticales que unen el sustentador y el hilo de contacto. Son las péndolas.
Además, en el caso de la foto se trata de un tendido de catenaria con hilos funiculares entre las columnas. Este sistema era muy usado hace años en las estaciones donde había que poner varias líneas de contacto en paralelo. Poco a poco se han ido sustituyendo por pórticos que hacen la misma función y soportan más peso.
Tren Talgo a su paso por la estación de Pinar de las Rozas. Foto: Yago López Carvajal, julio de 2004.
En esta otra imagen se ven perfectamente los pórticos de los que hablaba antes.
Pero la catenaria tiene más cosas.
Tren Talgo a su paso por Las Matas. Foto: Yago López Carvajal, junio de 2004.
Aquí se ven los diferentes elementos de la catenaria. Ya reconocemos el sustentador, el hilo de contacto y las péndolas (casi no se ven, pero se adivinan). Las columnas o postes son los que soportan todo el conjunto y, a través de las ménsulas (los brazos de donde cuelgan el sustentador y el hilo de contacto) sitúan al hilo de contacto más o menos en el centro de la vía. La pieza que lo une a las ménsulas son los brazos de atirantado. Si os fijáis en la foto, van alternándose, uno por la derecha y otro por la izquierda, y así sucesivamente. También vemos el cable de guarda, del que hablaremos más adelante.
La catenaria va siempre siguiendo a la vía, pero con un pequeño matiz. Si la vía es recta, la catenaria no lo es. La catenaria va haciendo un zig-zag de derecha a izquierda. Esto es para que el hilo de contacto no esté siempre tocando la misma zona de la mesilla del pantógrafo, ya que así se desgastaría por el rozamiento sólo esa zona, mientras que el resto estaría intacta. Al ir en zig-zag, la catenaria va desplazándose de un lado al otro de la mesilla. En este vídeo podéis verlo perfectamente (http://www.youtube.com/watch?v=3UzO7dAQzus). En las curvas, la catenaria traza la curva mediante una serie de tramos rectos (de columna a columna) y así es como conseguimos el mismo efecto.
Por cierto, por los chispazos que se ven en el vídeo cuando el tren pasa por los túneles, no os preocupéis, porque en alta velocidad es de lo más normal. La razón es que los trenes de alta velocidad tienen el pantógrafo a una altura fija, y los movimientos de la catenaria originan esos microdespegues que, a las tensiones a las que trabaja la catenaria (los 25.000 V), provocan esos arcos tan espectaculares.
Catenaria no compensada
Pero la catenaria, tal cual la he contado hasta ahora, tiene un problema importante. Al colgar el hilo de contacto del sustentador, hemos conseguido que el primero esté bastante paralelo a la vía y no haya grandes diferencias del altura, pero no siempre es así. Cuando hace calor, el cable se dilata (como todos los materiales) y entonces la longitud del cable aumenta. Y si la longitud de cable aumenta y provoca que ese cable recto que teníamos describa una curva. Y cuando llegue el frío y el material se contraiga, se tensará el cable. Y si hace mucho frío y se contrae mucho, al final se romperá.
Este sistema es el que llamamos «catenaria no compensada», ya que no tenemos ningún sistema que compense las diferencias de temperatura. ¿Y qué problemas puede traer ésto? Los temidos enganchones. Un enganchón de catenaria es cuando el pantógrafo se enreda con la catenaria y ambos acaban rotos. Suele ocurrir cuando el hilo de contacto no está suficientemente tenso, o cuando se descuelga una péndola, o cuando el hilo se rompe y un trozo se queda colgando y el pantógrafo lo golpea. También puede ocurrir porque el pantógrafo no esté en buen estado. La interacción pantógrafo-catenaria es de las cosas más complicadas del ferrocarril moderno y la que más fricciones genera entre operadores y administradores de infraestructura.
Con la catenaria no compensada no se puede circular a más de 120 km/h, aparte de lo que hemos dicho, porque, al pasar el tren, el pantógrafo hace fuerza contra la catenaria y se genera una onda que se transmite por los cables y hace que todo el conjunto se mueva. Esa onda que se propaga por el cable puede llegar a hacer que otro tren que esté cerca enganche la catenaria. En este vídeo, podéis ver esa onda de la que hablo.
Catenaria compensada
Como con cada uno de los problemas que nos han ido surgiendo, llamamos a nuestros ingenieros y les decimos que es intolerable que ocurran estas cosas cuando nosotros queremos poder correr más con nuestros trenes. Así que les ponemos a trabajar en una catenaria que sea capaz de absorber esas diferencias de longitud provocadas por los cambios de temperatura. Y estos señores nos inventan la «catenaria compensada».
La catenaria compensada es, básicamente, lo mismo que la no compensada. Seguimos teniendo columnas, ménsulas, sustentador, hilo de contacto, péndolas, pórticos, funiculares, aisladores, brazos de atirantado… La única diferencia es que, en lugar de un solo tendido de principio a fin, vamos a dividir la catenaria en secciones más pequeñas y a ponerlas una tras otra. En cada una de las secciones montamos un conjunto de compensación.
El conjunto de compensación son una serie de elementos que hacen que, cuando la catenaria dilate por el calor, se mantenga la tensión mecánica en los cables, y que cuando la catenaria encoja, se mantenga la tensión mecánica en los cables. Es decir, que sea capaz de absorber las diferencias de longitud que aparecen en los cables con la temperatura, o sea, “compensar” las diferencias de longitud de los cables.
Para ello, nuestros ingenieros pensaron que sería buena idea (y de hecho lo es), colgar unos pesos enormes en ambos lados de la sección de catenaria, pasar el cable del que cuelgan esos pesos por una polea y unir el extremo de ese cable a la catenaria. Así, los pesos estarán siempre tirando de la catenaria para que se mantenga la tensión. Si hace calor y los cables dilatan y se alargan, los pesos bajan. Si hace frío y los cables se contraen y se acortan, los pesos suben. Pero siempre tendremos la misma tensión mecánica en la sección de catenaria.
Tren auscultador de geometría y dinámica de vía de ADIF pasando por la Bifurcación Fuencarral unos meses antes de instalar la vía de la LAV Madrid-Segovia-Valladolid. En las columnas que están a la altura del tren se pueden ver los contrapesos de compensación. Foto: Yago López Carvajal, abril de 2006.
Ese sistema se ha modificado y adaptado para mejorarlo y que ocupe menos espacio en zonas en las que no disponemos de todo el sitio del mundo, como en los túneles, pero al final, es lo mismo. No obstante, una de las modificaciones más importantes que se le han hecho a este sistema es cambiar los contrapesos y las poleas por unos muelles enormes que hacen la misma función.
Unidad de Cercanías serie 446 pasando cerca de los talleres de Fuencarral. Igual que en la anterior, se pueden ver los conjuntos de compensación en las columnas. Foto: Yago López Carvajal, junio de 2006.
En la catenaria de las LAV, en lugares con poco espacio, como por ejemplo las estaciones término, se usan otro tipo de conjuntos de compensación que, en lugar de contrapesos usa muelles (helicoidales u espirales) para dar la tensión mecánica que necesitan los hilos.
Conjuntos de compensación de catenaria instalados en la estación de Madrid-Puerta de Atocha. El muelle superior corresponde al hilo de sustentación y el inferior al hilo de contacto. Foto: Carlos Lafuente Sánchez, diciembre de 2025.
En la foto podéis ver los compensadores de la estación de Madrid-Puerta de Atocha. En este caso están anclados a las propias columnas de la estación y no en postes dedicados. Los muelles tiran de la polea que, al enrollarse más o menos, aplica más o menos tensión mecánica a los cables.
Conjuntos de compensación instalados en la estación de Madrid-Puerta de Atocha. Foto: Carlos Lafuente Sánchez, diciembre de 2025.
En esta otra imagen vemos otros compensadores de Puerta de Atocha, pero esta vez están anclados al techo de la estación.
Existe otro modelo que está compuesto por un tambor que tiene en su interior un muelle arrollado en espiral (como los enrolladores de persiana de casa) en el cual se puede regular la fuerza que ejerce ese muelle sobre los cables.
Tensores espirales instalados en la vía 10B de la estación de Madrid-Chamartín, marzo de 2022.
Aquí, os muestro un vídeo editado por Renfe en el año 1987 con una serie de pruebas que hicieron sobre la catenaria para circular a 200 km/h. Documento excepcional, sin duda.
Una de las últimas novedades en catenaria es un invento del cual una de las patentes más importantes la tiene Metro de Madrid. Es la catenaria rígida.
Catenaria rígida instalada en la estación de Sol (Madrid). Foto: Yago López Carvajal, diciembre de 2025.
Se trata de una viga de aluminio colgada que lleva unido por debajo un hilo de contacto. Se suele utilizar en túneles porque reduce muchísimo el espacio necesario. La ventaja es que la altura del hilo de contacto no varía ni por frío ni por calor. La desventaja es que no permite velocidades muy elevadas y además produce un desgaste muy acusado de los frotadores del pantógrafo. En la foto podéis ver cómo se reduce drásticamente el espacio necesario para instalar la catenaria, que se reduce a un par de decenas de centímetros.
Antes de inventarse la catenaria rígida, se aplicaban soluciones de lo más imaginativo, como esta pequeña curiosidad que me encontré de cómo se sujeta la catenaria en un túnel con el gálibo justito.
Sujeción de catenaria en la bóveda de un túnel de la línea Madrid-Irún en algún sitio entre Vitoria y San Sebastián. Foto: Yago López Carvajal, julio de 2005.
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