De la mina a la central: cómo funcionan las cadenas de mercancías

Los pasajeros pueden elegir su propio camino hasta una estación. El carbón no. Está donde se formó por casualidad una veta, y tiene que llegar a un horno que puede estar a cien millas. Entre ambos hay una cadena de transporte de mercancías: una serie de eslabones en la que la salida de cada uno es la entrada del siguiente, y en la que el ferrocarril es la parte que mantiene el flujo constante.

Empieza por la central eléctrica

El tamaño de una cadena lo fija el extremo final, según lo que consume el último cliente. Tomemos una central de carbón con una potencia eléctrica de 1 gigavatio (1 GW). Bastan tres cifras para calcular su carbón:

• Energía entregada al día: 1 GW equivale a 10⁹ julios por segundo. Un día tiene 86,400 segundos, así que la central entrega 86.4 × 10¹² J, o 86.4 terajulios.
• Eficiencia: una central de vapor convierte aproximadamente entre el 35% y el 40% del calor del combustible en electricidad. El resto sale como agua caliente y gases de combustión.
• Energía en un kilogramo de carbón: unos 24 megajulios (24 × 10⁶ J) para un carbón térmico típico. El lignito tiene un valor mucho más bajo, así que este es un valor ilustrativo y no universal.

Con una eficiencia del 40% el combustible debe aportar 86.4 ÷ 0.40 = 216 TJ al día. Divide entre 24 MJ por kilogramo y obtienes 9.0 millones de kilogramos: 9,000 toneladas al día. At 35% the heat needed is 246.9 TJ, which is about 10,290 toneladas al día. Midway, at 37.5%, it is 9,600 tonnes.

Ahora compáralo con un tren. Un tren unitario es una composición de vagones idénticos que circula como un solo bloque entre un único punto de carga y un único punto de descarga, sin dividirse ni maniobrar por el camino. Tomemos 100 vagones, cada uno con unas 100 toneladas de carbón (cifras redondas ilustrativas; el tamaño real de los vagones varía según el país). Eso es 100 × 100 = 10,000 toneladas, que se sitúa dentro del intervalo de 9,000 a 10,290 toneladas de arriba. Un tren unitario al día alimenta aproximadamente una central de 1 GW.

Esa es la comprobación útil de toda la idea. Si la central recibiera su carbón en camión, con, digamos, 25 a 30 toneladas por carga, necesitaría entre 330 y 400 entregas cada día, es decir, un camión cada cuatro minutos, de día y de noche.

Por qué gana el ferrocarril a esta escala

La razón es la resistencia a la rodadura. Una rueda de acero sobre un carril de acero toca la vía en una superficie del tamaño de una moneda, y ninguna de las dos se aplasta mucho, así que se pierde poca energía por flexión. Un neumático de goma en la carretera se deforma constantemente. Los coeficientes típicos de resistencia a la rodadura (ilustrativos; varían con la carga, la velocidad y el estado) son:

• rueda de acero sobre carril: unos 0.0015, es decir, una fuerza de tracción del 0.15% del peso;
• neumático de camión pesado en buena carretera: unos 0.007, o 0.7% del peso.

Una tonelada pesa unos 9,810 newtons. Arrastrarla necesita unos 15 N en el carril y 69 N en la carretera, y como un newton-metro es un julio, una tonelada transportada un kilómetro cuesta unos 15 kJ frente a 69 kJ solo en pérdidas por rodadura. Esa proporción de entre cuatro y cinco a uno es la razón por la que el ferrocarril es barato para cargas pesadas que se mueven de forma constante.

La ventaja depende de la carga. Un ferrocarril hay que construirlo, señalizarlo y mantenerlo en buen estado, transporte lo que transporte, así que solo se amortiza cuando muchas toneladas lo usan. Los camiones ganan con cargas pequeñas y dispersas. El ferrocarril gana cuando una mina, una línea y un cliente mueven miles de toneladas al día. Para el razonamiento sobre dónde discurren esas líneas, consulta por qué los ferrocarriles siguen los ríos.

Las cadenas tienen más de un eslabón

Del carbón a la electricidad es la cadena más sencilla: dos extremos y un ferrocarril. La mayoría de la industria es más enrevesada, porque muchos productos necesitan varias materias primas que empiezan en lugares distintos.

1. Del carbón a la electricidad. Mina, ferrocarril, central eléctrica. El ferrocarril es un único flujo, que va en una dirección con los vagones vacíos de vuelta.
2. Mineral de hierro y carbón para el acero. Un alto horno consume mineral de hierro y un combustible de carbono obtenido del carbón, y los insumos en peso suman más de una tonelada por cada tonelada de acero (unas dos toneladas o más, según el proceso). Dos minas pueden abastecer a una misma acería, así que la acería es un punto de encuentro y la ruta hasta ella tiene que transportar ambos.
3. Del acero a los productos. Después, el acero viaja a las fábricas que lo convierten en productos acabados, y estos llegan a las ciudades. El tonelaje baja en cada etapa, mientras que el valor de cada tonelada sube.

De ello se deducen dos cosas. Primero, el peso de una cadena es mayor al principio, así que los flujos pesados están cerca de las minas y los más ligeros cerca de las ciudades. Segundo, una parada en cualquier punto se nota en toda la cadena: si el tren de mineral no llega, el horno se enfría y no llega acero a la fábrica. Un depósito de carbón en la central suaviza esto, pero solo durante unos días.

Los trenes unitarios pesados también necesitan distancias largas para frenar, así que cómo las señales ferroviarias mantienen separados a los trenes determina cuántos puede transportar una sola vía.

La parte que puedes comprobar

Puedes repetir la cuenta para cualquier central. Multiplica su potencia en gigavatios por 86.4 TJ para obtener la energía eléctrica diaria, divide entre su eficiencia y luego entre la energía del combustible por kilogramo. Para una central de 2 GW al 40% y 24 MJ por kilogramo, el resultado es 18,000 toneladas al día, es decir, dos trenes unitarios.