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El camino hacia la optimización del combustible en el ferrocarril de carga
Aprovechar el poder de las soluciones digitales
de David Eldredge, Adam Franco, Joseph Nazareth, William Schoonmaker y Kiron Viegas
Introducción
El combustible es un factor importante en las operaciones ferroviarias y representa, en promedio, entre el 15 y el 20% de los gastos operativos y el 90% de las emisiones de gases de efecto invernadero. Por lo tanto, cuando los ferrocarriles consumen menos combustible, el ferrocarril y el medio ambiente salen ganando: reducen los costos operativos y las emisiones de carbono.
Hoy en día, el ferrocarril es el modo de transporte de carga más rentable y eficiente desde el punto de vista energético. La eficiencia ha estado aumentando en toda la industria durante décadas. En 1980, los trenes estadounidenses de clase 1 transportaban, en promedio, 235 millas por galón de combustible, una tonelada de carga. Hoy en día, esa distancia se ha más que duplicado hasta alcanzar 489 millas con un solo galón 1.
Entonces, ¿qué es lo siguiente? ¿Cómo llevan los ferrocarriles la optimización del combustible al siguiente nivel? ¿Cómo pueden todos los trenes ser los más eficientes? La respuesta está en los factores que influyen en la utilización del combustible.
Impactos en el combustible
Cada misión tiene una serie de variables que afectan a la eficiencia del combustible:
- Grado y curvatura de la pista
- Variación de conductor a conductor
- Restricciones de velocidad y condiciones de señal
- Potencia excesiva
- Frenado agresivo
- Mantenimiento del camino
- Se reúne y pasa
- Clima
Y todo esto en el contexto de un entorno en constante cambio. El desafío para lograr resultados de sostenibilidad del siguiente nivel no consiste solo en gestionar las variables que afectan al uso de combustible, sino también en hacerlo de manera consistente y a escala.
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Un enfoque de tres pasos
El camino hacia la optimización y automatización del combustible
La tecnología digital es la que permite resolver estos desafíos y liberar todo el potencial de un ferrocarril de carga eficiente y sostenible. Gracias a los datos, la física, los algoritmos y el aprendizaje automático, Wabtec puede hacer que las locomotoras sean más inteligentes, los trenes más eficientes y las redes más fluidas.
Para ayudar a los ferrocarriles a aprovechar los beneficios de la optimización del combustible a través de soluciones digitales, Wabtec desarrolló un marco que permite un enfoque gradual con pasos secuenciales. Cada fase se alinea cronológicamente con los factores que afectan a la utilización del combustible, con objetivos tácticos claros. Una ventaja clave es que los ferrocarriles pueden intervenir en cualquier etapa e impulsar mejoras incrementales inmediatas, lo que minimiza el riesgo y garantiza la rentabilidad de la inversión. En última instancia, los ferrocarriles pueden utilizar este marco para trazar una estrategia que permita alcanzar los niveles más altos de optimización y automatización del combustible.
Mejore el manejo del tren
El camino hacia la optimización del combustible comienza aquí:
1) Energía distribuida
Para satisfacer la demanda de trenes más largos y pesados, y para garantizar un manejo eficiente de los trenes, los sistemas avanzados de distribución de energía permiten el control remoto de las locomotoras separándolas de la locomotora principal. El sistema de alimentación distribuida LOCOTROL® de Wabtec es un sistema de control y comunicación de eficacia comprobada que permite una distribución coordinada de la potencia de frenado y tracción entre las locomotoras principales y las remotas, lo que mejora la eficiencia del combustible, aumenta la capacidad de transporte y reduce los costos operativos.
2) Control de crucero
Gestión de la energía del control de crucero: Trip Optimizer™ es la base de la optimización del combustible. Trip Optimizer permite a los conductores lograr un uso óptimo del combustible al controlar automáticamente la velocidad de las locomotoras en tiempo real, lo que reduce la variabilidad del conductor y aumenta la consistencia. Trip Optimizer tiene en cuenta el terreno, la composición del tren, las restricciones de velocidad y las condiciones de operación para calcular un perfil de velocidad óptimo. Controla automáticamente el acelerador y los frenos dinámicos de las locomotoras para reducir el consumo de combustible y proporcionar un manejo eficiente del tren. Trip Optimizer se integra con Distributed Power para mejorar aún más el manejo del tren en trenes más largos y pesados.
Optimización inteligente de trenes y redes
Añade inteligencia e integración para impulsar un mayor ahorro de combustible:
1) Potencia inteligente por tonelada (Smart HPT)
El exceso de potencia reduce la eficiencia del combustible y aumenta las emisiones de gases de efecto invernadero. Tradicionalmente, el proceso para determinar la potencia por tonelada ha sido un proceso manual, lo que ha generado una gran variación en la eficiencia del combustible entre los diferentes trenes. Además, no había forma de controlar la potencia o aislar los motores cuando un tren tenía más locomotoras de las que necesitaba para un segmento determinado de su recorrido. El Trip Optimizer Smart HPT optimiza el rendimiento del tren al reducir automáticamente la potencia por tonelada del tren sin afectar a la velocidad, lo que genera un ahorro de combustible incremental.
2) Integración de redes
La planificación eficaz de los pases de reunión es una de las maneras de gestionar el tiempo de inactividad en la línea, ahorrar combustible y mejorar la previsibilidad del tren. El desafío consiste en determinar el perfil de velocidad y cumplir con el plan de pases, que optimice el rendimiento y el ahorro de combustible en todos los trenes de la red de forma simultánea. La combinación de Trip Optimizer con Movement Planner permite utilizar el sistema Pacing, que redistribuye y optimiza el tiempo de espera en la línea. Los ferrocarriles que recorren los trenes de toda la red logran un ahorro de combustible cada vez mayor al reducir el consumo de combustible durante el trayecto.
Automatización
Permite conducir y detener el tren con mayor precisión, lo que se traduce en un mayor ahorro de combustible además de un mejor cumplimiento de los horarios:
1) Ajuste automático para señales PTC/ATP
La posibilidad de crear un plan de viaje basado en las señales del PTC y en las actualizaciones de restricciones supone un ahorro de combustible adicional. La interfaz de Trip Optimizer con PTC/ATP aumentará las oportunidades de millas automáticas, lo que permitirá ahorrar más combustible. El Trip Optimizer con interfaz PTC se ajusta automáticamente a los cambios de red en tiempo real en función de las actualizaciones de señal y restricción de velocidad. Al regular la velocidad hasta los límites del PTC/ATP, el Trip Optimizer permanece en modo automático durante más tiempo, lo que se traduce en un mayor ahorro de combustible.
2) Control automático de frenos de aire
Aumentar el espacio durante el cual funciona Trip Optimizer aumenta el ahorro de combustible. El Trip Optimizer ahorra más combustible cuando se puede usar en modo automático durante una mayor parte del viaje. El objetivo del sistema Auto Air Brake Control de Trip Optimizer es aumentar la cantidad de millas recorridas en modo automático de la siguiente manera:
- Agregar el arranque y la parada al ámbito operativo
- Permitir que Trip Optimizer aplique los frenos de aire según sea necesario para controlar la velocidad del tren
- Permitir que Trip Optimizer permanezca en modo automático al recibir señales de aproximación
3) 100% de millas automáticas
Ampliar el límite durante el cual Trip Optimizer funciona al 100% de las millas automáticas permite una máxima eficiencia de combustible.
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Reuniéndolo todo
El camino de Wabtec hacia la optimización y automatización del combustible muestra el marco para lograr la máxima eficiencia de combustible a través de soluciones digitales. Basado en una arquitectura de sistema modular, permite la integración gradual de soluciones mejoradas de control y automatización de trenes. Esto permite a los clientes aumentar gradualmente el ahorro de combustible para cumplir mejor sus objetivos ambientales operativos y de sostenibilidad. (Figura 4)
Conclusión
Ya sea que recién esté comenzando o esté buscando eficiencias adicionales, Wabtec cuenta con una cartera incomparable de productos digitales que brindan resultados de eficiencia de combustible importantes.
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Figura 4: Ruta hacia la optimización y automatización del combustible
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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Adam Franco es el gerente sénior de productos digitales de LOCOTROL, alimentación distribuida y control remoto en Wabtec. Actualmente se centra en ofrecer un mayor nivel de eficiencia operativa y eficiencia de combustible mediante el control remoto y el control de drones.
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Joseph Nazareth es el líder de la línea de productos LOCOTROL en Wabtec. A Joe le apasiona desarrollar soluciones de control remoto que mejoren la productividad y la eficiencia de las operaciones de los trenes de carga y tiene más de 20 años de experiencia en este campo.
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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.