Desarrollo temprano
El desarrollo inicial de la tecnología del tercer ferrocarril surgió de las innovaciones en la tracción eléctrica a finales del siglo XIX, basándose en experimentos con sistemas ferroviarios propulsados para reemplazar el transporte a vapor y tirado por caballos. El primer ferrocarril que utilizó un tercer carril central fue el Bessbrook and Newry Tramway en Irlanda, que se inauguró en 1885 como una línea hidroeléctrica de vía estrecha de 3 pies (914 mm) que transportaba pasajeros y carga. Granville T. Woods, un inventor afroamericano, contribuyó significativamente al patentar mejoras al tercer sistema ferroviario, incluido un ferrocarril eléctrico de seguridad mejorada en 1901 (patente estadounidense 684,413). Frank J. Sprague desempeñó un papel fundamental a través de sus demostraciones de sistemas de tranvías eléctricos en la década de 1890, en particular el Richmond Union Passenger Railway en Richmond, Virginia, que comenzó a operar en 1888 como el primer tranvía eléctrico exitoso a gran escala del mundo, abarcando 12 millas sobre terreno montañoso y demostrando la viabilidad del control de unidades múltiples para vehículos eléctricos. Aunque este sistema utilizaba principalmente cables de tranvía aéreos para la recolección de energía, los avances de Sprague en el diseño de motores y control de trenes influyeron en la transición a métodos de electrificación basados en rieles, incluidas las configuraciones de tercer riel.
Un hito clave en la adopción del tercer carril se produjo con el Liverpool Overhead Railway en Inglaterra, que se inauguró el 6 de marzo de 1893, como el primer ferrocarril elevado eléctrico principal del mundo impulsado por un tercer carril central a 525 V CC, colocado entre los carriles en circulación para suministrar corriente a trenes eléctricos ligeros de unidades múltiples. Esta línea portuaria de 6,5 millas demostró la practicidad del tercer carril para el transporte urbano e industrial, utilizando señalización automática y frenado regenerativo para mejorar la eficiencia y la seguridad. El éxito del sistema destacó las ventajas del tercer carril sobre los cables aéreos en estructuras cerradas o elevadas, donde la flacidez y el mantenimiento de los cables eran preocupaciones.
En los Estados Unidos, el tercer carril ganó prominencia con el metro Interborough Rapid Transit (IRT) en la ciudad de Nueva York, que comenzó a funcionar el 27 de octubre de 1904, empleando un tercer carril de superficie de 600 V CC a lo largo de su ruta inicial de 9 millas desde el Ayuntamiento hasta la calle 145. Impulsado por zapatas de contacto que se deslizaban a lo largo del riel, esta configuración permitió un rápido tránsito subterráneo para la creciente metrópolis, con trenes que alcanzaban velocidades de hasta 35 mph y transportaban a más de 300.000 pasajeros el día de la inauguración. La implementación del IRT marcó la adaptación del tercer carril a entornos subterráneos, donde las líneas aéreas no eran prácticas debido a las limitaciones de altura de los túneles.
La tecnología evolucionó a partir de sistemas de conductos anteriores, que colocaban un conductor protegido en una ranura subterránea para tranvías, como se hizo por primera vez en instalaciones como Eckington and Soldiers' Home Railway de Washington, D.C. en 1888 para cumplir con las prohibiciones de cables aéreos. Estas configuraciones de conductos, adaptadas de la infraestructura del teleférico, permitían que los carros obtuvieran energía a través de un arado sumergido en la ranura, pero sufrían altos costos de construcción, frecuentes averías debido a la entrada de escombros y agua, y una velocidad limitada. A principios de 1900, los ingenieros cambiaron a un tercer carril de superficie expuesta para líneas ferroviarias dedicadas, ofreciendo una instalación más simple, mejor accesibilidad para el mantenimiento y mayor capacidad de corriente, aunque requerían separación a nivel para evitar interferencias a nivel de la calle.
Antes de 1920, los desafíos de seguridad dominaban el despliegue del tercer carril, ya que el conductor de alto voltaje expuesto planteaba riesgos de electrocución para los trabajadores de las vías, los pasajeros que caían sobre los carriles e incluso los equipos de mantenimiento. Estas preocupaciones llevaron a innovaciones como cubiertas de madera sobre el riel para aislarlo y protegerlo, como se implementó en el sistema IRT donde el tercer riel se montó a 7 pulgadas por encima de las traviesas y se protegió con una funda de madera de 2 pulgadas de espesor. También se introdujeron barreras físicas, como plataformas cercadas y aisladores rígidos, para evitar el contacto accidental, y las primeras regulaciones exigen calzado aislado y conexión a tierra para los vehículos; a pesar de esto, incidentes como sacudidas durante el clima húmedo subrayaron la necesidad de mejoras continuas en los sistemas de detección y cierre.[90]
Expansión moderna
Después de la Segunda Guerra Mundial, los sistemas del tercer ferrocarril experimentaron una expansión significativa en las redes de metro urbano, impulsadas por la reconstrucción de la posguerra y el crecimiento de las poblaciones urbanas. En Londres, la Línea Victoria se inauguró por etapas a partir de 1968, lo que representa la primera gran línea de metro nueva en décadas y utiliza la configuración estándar de cuarto carril de 630 V CC para ampliar la conectividad desde Walthamstow Central a Victoria. De manera similar, el Metro de París experimentó ampliaciones de la Línea 13, con la fusión de segmentos de la Línea 14 en 1976 (planificada en la década de 1960) para mejorar los enlaces norte-sur, manteniendo al mismo tiempo su tercer suministro ferroviario de 750 V CC en toda la red en crecimiento. En Nueva York, la tercera infraestructura ferroviaria del metro (600 V CC) apoyó las ampliaciones previstas en el Programa de Acción de 1968, cuyo objetivo era añadir más de 100 km de nuevas líneas, aunque muchos proyectos sufrieron retrasos; Las mejoras en curso incluyeron reemplazos del tercer carril en las líneas IRT en la década de 1970 para mejorar la confiabilidad.
En el siglo XXI, los sistemas de tercer carril han incorporado avances en automatización y eficiencia energética. La automatización se hizo prominente con la operación total sin conductor de la Línea 1 del Metro de París en 2011, la línea más antigua en adoptar el Grado de Automatización 4 utilizando su energía existente del tercer carril, mejorando la frecuencia y la seguridad. Las tecnologías de recuperación de energía, como los convertidores CC-CC, surgieron en la década de 2010 para capturar energía de frenado regenerativa en redes de terceros carriles de CC, lo que permitió ganancias de eficiencia de hasta un 30 % al almacenar o redistribuir energía a la red u otros trenes.[97] Para 2024-2025, los esfuerzos de sostenibilidad integraron fuentes renovables, ejemplificadas por las subestaciones asistidas por energía solar en los sistemas ferroviarios; por ejemplo, el primer proyecto ferroviario integrado de energías renovables de China en la línea aérea Baotou-Shenmu con electricidad de CA incluía un sistema fotovoltaico de 6 MW en la subestación de Liujiagou a partir de octubre de 2025, lo que redujo la dependencia de combustibles fósiles, con principios similares aplicables a las redes urbanas del tercer ferrocarril de CC.[98]
Si bien el uso del tercer carril ha disminuido en los ferrocarriles principales debido a las limitaciones de velocidad y seguridad que favorecen los sistemas aéreos de aire acondicionado, persiste en el transporte urbano por su compacidad en túneles y metros. Los enfoques híbridos promueven la interoperabilidad, como se ha visto con los trenes Eurostar equipados para un tercer carril de 750 V CC en los accesos del Reino Unido al Eurotúnel desde 1994, lo que permite una operación transfronteriza sin interrupciones.[99] Las recientes construcciones de metros asiáticos, como las mejoras del Metro de Calcuta con segmentos de tercer carril de aluminio en 2024, subrayan la adopción urbana en curso de rutas de alta densidad.[100]