HPT inteligente: una forma brillante de ahorrar combustible y reducir las emisiones

Por David Eldredge, William Schoonmaker y Kiron Vegas

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Introducción

En el camino hacia niveles más altos de eficiencia de combustible y menores emisiones de gases de efecto invernadero, el control de la potencia por tonelada (HPT) es esencial

He aquí por qué: las demandas de potencia varían según la composición del tren, el terreno y otras condiciones de operación. Cuando los ferrocarriles construyen trenes, deben asegurarse de que tienen suficiente potencia de locomotora para superar la pendiente más empinada (pendiente dominante) de la ruta. Sin embargo, lo que suele ocurrir es que la pendiente dominante es solo un pequeño segmento de todo un viaje. Por lo tanto, en un esfuerzo por satisfacer las necesidades de la condición más crítica, se gasta un exceso de potencia durante el resto del viaje. Y ese exceso de potencia se traduce en un mayor consumo de combustible y en las emisiones asociadas.

La clave para resolver este problema es optimizar los caballos de fuerza por tonelada.

Potencia por tonelada: una introducción

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La relación entre la potencia de la locomotora y el peso del tren es de caballos de fuerza por tonelada. En concreto, se calcula sumando la potencia de todas las locomotoras del tren y dividiéndola por el peso (en toneladas) del tren.

La relación HPT resultante es importante porque es una métrica que se utiliza para determinar cuánta potencia se necesita para un tren determinado. Dependiendo de la cantidad de carga que transporte, por ejemplo, un tren puede tener 75 vagones y otro tren puede tener 100 vagones. Por lo tanto, usar el HPT, o caballos de fuerza por tonelada, como métrica ayuda a normalizar la potencia utilizada por todos los trenes de esa ruta. De este modo, reduce la cantidad de locomotoras utilizadas durante cualquier segmento del viaje.

Entonces, ¿cómo se las arreglan los ferrocarriles para un HPT específico?

Desafíos

Gestionar la potencia por tonelada es un desafío. He aquí un ejemplo:

• Supongamos que tenemos el tren perfecto: dos locomotoras de 4.000 CV cada una y 8.000 toneladas de arrastre. Para este ejemplo, mi regla ferroviaria es funcionar a 0,5 HPT. Por lo tanto, eso significaría aislar manualmente una locomotora. Ahora, hagamos que esto se parezca más al mundo real: aparece un coche más. Ahora mi tren pesa 8.100 toneladas. Como la regla de funcionamiento es de 0,5 HPT, y el único interruptor que hay es encender o apagar una locomotora, ese tren pasa de 0,49 HPT a 1,0 HPT. Por lo tanto, terminas teniendo que operar dos locomotoras durante todo el viaje.

A esto se suma la difícil tarea de controlar manualmente la HPT. Es difícil para los humanos saber cuánta energía necesitan y cuánta no necesitan en cada segmento del viaje. Teniendo en cuenta la longitud del tren, las restricciones de velocidad, el terreno y las condiciones climáticas, el proceso requiere muchos esfuerzos manuales y mentales. Además, algunas tácticas, como limitar la muesca o apagar ciertas locomotoras, exigen que la tripulación cumpla con las normas y que ésta se acuerde de hacerlo. Y todo ello en el contexto de un entorno en constante cambio. El resultado: trenes sobrecargados e ineficacia.

Entonces, ¿cómo resuelven los ferrocarriles estos desafíos y obtienen los beneficios de una potencia optimizada por tonelada? La respuesta es la automatización mediante Smart HPT.

HPT inteligente

El HPT inteligente optimiza el rendimiento del tren para un objetivo determinado de caballos de fuerza por tonelada.

La base del Smart HPT se basa en el control de crucero Trip Optimizer. Como Trip Optimizer tiene datos sobre la composición y el peso de los trenes y comprende el terreno y la topología de la vía, el Smart HPT puede determinar exactamente qué potencia se necesita en cada punto de la ruta. El resultado: los ferrocarriles ahorran combustible y reducen las emisiones sin afectar a la velocidad, de forma automática.

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El HPT inteligente se compone de tres funciones:

1. Planificador inteligente: evita el exceso de potencia al limitar el HPT del tren mediante la modificación del plan Trip Optimizer para que coincida con el límite de HPT solicitado por el ferrocarril para el tren y la ruta. Esta potente función automatiza la limitación del HPT en función de la ubicación del tren. Impide que el tren se sobrecargue.
2. Ralentí automático: identifica el exceso de potencia y detiene automáticamente las unidades que van detrás sin ajustar la velocidad del tren. Esta función reconoce que los motores de las locomotoras son más eficientes cuando funcionan a RPM más altas, por lo que es mejor tener una locomotora en la muesca 5, por ejemplo, que tener tres locomotoras en la muesca 2. Cada vez que el ralentí automático permite mantener la velocidad planificada por Trip Optimizer con la potencia de una sola locomotora, las unidades que van detrás del motor se paralizan al ralentí y solo la principal está en funcionamiento.
3. Control de red: aísla automáticamente las locomotoras de la conducción mediante un control interno. Las unidades aisladas seguirán entonces las normas de cierre específicas de cada ferrocarril. Esta función permite que la unidad principal ordene a la unidad posterior que se aísle, sin que nadie retroceda y active físicamente los interruptores. Esto supone un ahorro adicional de combustible, ya que la locomotora que está aislada se gestiona mediante un sistema automático de arranque y parada del motor (AESS). Por lo tanto, puede apagarse por completo y ahorrar combustible al no funcionar en absoluto.

Además, la Smart HPT puede determinar si una locomotora no funciona según las velocidades planificadas y autoajustarse en consecuencia, restableciendo la potencia para evitar paradas y mantener el cronograma.

Conclusión

El HPT inteligente elimina las conjeturas y la planificación mental a la hora de controlar los caballos de fuerza por tonelada, sin ralentizar el tren. El resultado:

• Ahorro de combustible y reducción de emisiones: entre un 5 y un 10% (certificado por la EPA al 5%)
• Mejora del manejo de los trenes

Acerca de los autores:

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Dave Eldredge es el líder de la línea de productos de Trip Optimizer en Wabtec. Es responsable del desarrollo y la comercialización de soluciones de gestión energética líderes en la industria. Dave tiene más de 17 años de experiencia en electrónica digital.

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William Schoonmaker es director de productos en Wabtec. William tiene más de 25 años de experiencia en el desarrollo e implementación de productos para el control de trenes de carga, incluidos más de 10 años trabajando en Trip Optimizer.

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Kiron Viegas es gerente de producto en Wabtec. Kiron lleva más de 25 años desempeñando funciones de ingeniería y gestión de productos en la industria de la tecnología y le apasiona resolver los desafíos de sostenibilidad y automatización en las operaciones ferroviarias de carga.