Defensa de la tesis de Arun Kumar Kantheti (Departamento de Automatización)

Estudios recientes demuestran que los sistemas de metro subterráneo presentan altas concentraciones de emisiones de partículas, generadas principalmente por los sistemas de frenado, lo que supone un riesgo significativo para la salud pública. Esta tesis, realizada en el marco del proyecto BREAQ, tiene como objetivo reducir estas emisiones mediante la optimización de los perfiles de conducción de los trenes.

Emisiones de partículas.

El trabajo de investigación se centra en el desarrollo de estrategias óptimas de control del tren mediante métodos indirectos con el fin de minimizar las emisiones relacionadas con el frenado.

En primer lugar, con el fin de gestionar eficientemente las restricciones en los problemas de control óptimo, se implementa un procedimiento de continuación numérica que permite la integración iterativa de las restricciones. Se proponen dos técnicas de inicialización para resolver el conocido problema de la inicialización de los solucionadores de problemas de valores límite. La efectividad de estas herramientas se demuestra mediante ejemplos numéricos antes de ser aplicadas a los problemas principales de esta tesis.

A partir de estos desarrollos metodológicos, la tesis aborda en primer lugar el problema clásico de la conducción ecológica integrando un modelo no lineal de eficiencia energética. Los resultados indican que este enfoque supera a los obtenidos con modelos afines. Además, el análisis de las compensaciones entre el tiempo de viaje y el consumo de energía pone de relieve el potencial de este enfoque para los operadores ferroviarios.

A continuación, se formula un problema de control óptimo multiobjetivo, que tiene en cuenta simultáneamente un criterio energético y el desgaste de los frenos, con el fin de minimizar las emisiones de frenado. Los resultados muestran que, para un tiempo de viaje determinado, existe un compromiso entre las emisiones y el aumento del consumo de energía. Este método proporciona a los operadores ferroviarios una herramienta práctica para adaptar los perfiles de conducción en función de las prioridades operativas, equilibrando la eficiencia energética y la reducción del desgaste. Este enfoque podría ser especialmente beneficioso para reducir las emisiones de frenado en las redes de metro subterráneo.

Por último, se está llevando a cabo un estudio experimental preliminar en un banco de pruebas de frenado a escala reducida para comprender mejor la dinámica de la temperatura de frenado y las emisiones de partículas. Se proponen modelos preliminares de la temperatura de frenado y las emisiones de partículas. Estos resultados proporcionan una base para el desarrollo de modelos más precisos en futuras investigaciones.

Relatores:

• Sra. Lydie NOUVELIÈRE , Maître de Conférence HDR, Université Evry Paris-Saclay, Francia
• Sr. Antonio SCIARRETTA , Dr. HDR, ASN, IFP Energies Nouvelles, Francia

Examinadores:

• Sr. Michel BASSET, profesor universitario, Universidad de Alta Alsacia, Francia
• Sr. Guillaume COLIN, profesor universitario, PRISME/ECM-Polytech Orléans, Francia

Supervisor de la tesis:

• Sr. Sébastien DELPRAT, profesor universitario, Universidad Politécnica Hauts-de-France, Francia
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Co-supervisor:

• Sr. Denis BERDJAG, profesor titular, Université Polytechnique Hauts-de-France, Francia
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Miembros invitados:

• Sra. Karine PAJOT, Responsable de Calidad del Aire, Alstom Transport SA, Francia
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• Sr. Aamir KAMRAN, Ingeniero de sistemas de frenos y suministro de aire, Alstom Transport SA, Francia