Los Fab Four: las patentes de Wabtec que sacudieron al mundo
Un especial de la Semana de los Ingenieros de 2026
Wabtec es una empresa centrada en la ingeniería. Emplea a más de 4.700 ingenieros en todo el mundo y tiene más de 6.500 patentes activas en todo el mundo (y se espera que las recientes adquisiciones de Dellner Couplers, la división de tecnologías de inspección de Evident y Frauscher Sensor Technology Group añadan unas 1000 más) dirigidas a innovaciones que hacen que los ferrocarriles de carga y tránsito sean más seguros, fiables, eficientes y productivos.
Para celebrar el 75 aniversario de la Semana del Ingeniero y el 250 aniversario de los Estados Unidos, Wabtec saluda a todos los ingenieros al reflexionar sobre cuatro de sus patentes más importantes que cambiaron permanentemente la industria ferroviaria y el mundo.
Nota sobre las patentes
Pero primero, consideremos lo que se necesita para que una nueva tecnología sea patentable. John Kramer, asesor principal de patentes de Wabtec, ofrece los siguientes principios rectores: «Para que una invención sea legalmente patentable, debe cumplir dos criterios principales: 'novedad' y 'falta de obviedad'».
Para superar la prueba de novedad, una invención debe ser, al menos, progresivamente diferente de lo que alguien ha desarrollado en el pasado. Luego, debe demostrar que hay una diferencia suficiente entre ella y la norma anterior como para que el cambio no haya sido evidente para alguien con «conocimientos ordinarios en la materia». O, tal como lo definiría la comunidad jurídica europea, la innovación tiene que haber implicado un «paso inventivo».
Creemos que estarás de acuerdo con creces en los siguientes cuatro inventos de Wabtec que en pasar la prueba.
1. La locomotora diésel-eléctrica: patente estadounidense número 1.589.182
La idea de que la locomotora diésel-eléctrica, desarrollada por General Electric (ahora Wabtec) en asociación con Ingersoll-Rand y la American Locomotive Company, no solo desplazaría a las locomotoras de vapor, sino que también se convertiría en el estándar de la industria en los últimos 100 años, no era probable que se hubiera anticipado.
Con la excepción, quizás, de Thomas Edison.
Edison había percibido que la electricidad ofrecía posibilidades con las que el vapor solo podía soñar ya en la década de 1860 y comenzó su trabajo pionero en trenes totalmente eléctricos más tarde en Menlo Park, Nueva Jersey, en 1880. Sin embargo, no fue hasta la aparición del motor de combustión interna (ICE; inventado en 1876) de Nicolaus Otto como aplicación industrial a finales del siglo XIX y principios del XX, que transformó las industrias automotriz, aérea y naviera, que se afianzó la idea de combinar un sistema de propulsión eléctrica y un ICE en una locomotora.
El momento no podría haber sido más fortuito. Las locomotoras de vapor tenían sus desafíos. Dependían del carbón, lo que las hacía fundamentalmente sucias. Necesitaban mano de obra para introducir el carbón de la lancha en la cámara de combustión de las locomotoras. Y la única manera de hacer que los trenes a vapor fueran más rápidos era construir locomotoras cada vez más grandes, que a su vez estaban limitadas por la infraestructura ferroviaria, ya que todo el sistema, no solo la caldera, se vio obligado a crecer.
Edison vio la oportunidad de mejorar radicalmente y, en 1925, General Electric y sus socios la aprovecharon. Así nació el motor diésel-eléctrico.
«Edison siempre tuvo la intención de ofrecer a los ferrocarriles una alternativa más limpia y económica al vapor», afirma Steve Gerbracht, director de arquitectura y desarrollo conceptual de locomotoras de Wabtec. «Cuando comenzaron a utilizarse los motores de combustión interna en la industria, en GE se encendió literalmente la bombilla para que la locomotora, independientemente de las líneas de catenaria y de los terceros raíles, pudiera albergar su propia central eléctrica.
«Luego, mediante el uso de un alternador, la energía mecánica generada por el ICE (en este caso un motor diésel) pudo convertirse en energía eléctrica que podría impulsar los motores de tracción de las ruedas de la locomotora. Esta unión del motor de combustión interna con el arsenal de componentes eléctricos y equipos de propulsión de Edison literalmente cambió la historia de las locomotoras y sigue siendo el estándar con el que en Wabtec y en la industria en general seguimos innovando».
Eric Gebhardt, vicepresidente ejecutivo y director de tecnología de Wabtec, añade: «El gran avance de Edison con el motor diésel-eléctrico es la personificación del 'pensamiento sistémico'. Él y su equipo no se limitaron a mejorar el motor, sino que lo reinventaron, incluyendo la potencia que podía ofrecer y la forma en que podía funcionar. Este enfoque más holístico y orientado a los sistemas para la resolución de problemas está en el centro de las patentes emblemáticas de Wabtec y en el ADN de nuestra cultura de ingeniería».
2. El freno de aire: patente estadounidense número 124.405
Antes del uso del freno neumático, la técnica más avanzada para detener un tren consistía en que los «frenadores» recorrieran la longitud del tren y activaran individualmente los frenos de cada vagón mientras el tren estaba en movimiento. Esta tarea era extremadamente peligrosa y limitaba la capacidad de aumentar la longitud de un tren.
El fundador de Wabtec, George Westinghouse, era el hombre adecuado para el trabajo.
Inspirándose en un artículo que destacaba el uso de una perforadora neumática para cavar un túnel en Francia, un proceso que requería bombear aire comprimido a través de unos 900 metros de tuberías, Westinghouse ideó un plan para utilizar aire para accionar los frenos de un tren.
Su patente original para el freno neumático, núm. 88929, expedida el 13 de abril de 1869, incluía un compresor de aire a vapor en la locomotora que bombeaba aire presurizado a través de una red de mangueras que conducían a los cilindros de freno de cada automóvil. El sistema, cuando lo activaba el maquinista del tren, frenaba eficazmente en toda la longitud del tren.
Solo tres años después, Westinghouse mejoró aún más su diseño, añadiendo una «válvula triple» y un «depósito auxiliar» para crear el primer sistema a prueba de fallos a gran escala. De hecho, el ingeniero podía seguir controlando la frenada como de costumbre, pero con una diferencia clave: ahora el sistema utilizaba la presión del aire para mantener los frenos apagados. Además, si se rompía un acoplamiento o se rompía una manguera, la pérdida de presión hacía que todos los vagones frenaran al instante, lo que detenía el tren.
«La previsión de este sistema es absolutamente asombrosa», señala Gebhardt. «Al observar estas patentes de hace más de 150 años, uno se da cuenta de que todavía frenamos neumáticamente de forma muy similar a como lo planeó George Westinghouse inicialmente. Además, al crear este modelo sobre cómo detener un tren, también desempeñó un papel fundamental a la hora de permitir que los trenes duraran más tiempo y, por lo tanto, fueran más productivos».
3. El pantógrafo de un solo brazo: patente estadounidense núm. 2.935.576
El cofundador de Wabtec, Louis Faiveley, no inventó el pantógrafo, sino que lo hizo irreconociblemente mejor.
Los pantógrafos de doble brazo con forma de diamante de principios y mediados del siglo XX coincidían con la rigidez y los voltajes de los cables aéreos de esa época. Sin embargo, su volumen y masa pesada no permitían alcanzar los voltajes y velocidades más altos que se imponían.
Faiveley aprovechó la oportunidad para desarrollar un tipo de pantógrafo nuevo y mejor, rompiendo completamente el molde con la invención del pantógrafo de un solo brazo (también conocido como pantógrafo de medio pantógrafo o pantógrafo en forma de Z). El elegante diseño de Faiveley, una maravilla de la ingeniería, era más ligero y aerodinámico, y utilizaba ingeniosamente la «sustentación» natural del aire que pasaba a su lado para mantener la punta en forma de pico en contacto constante con el cable. El nuevo pantógrafo estableció el récord mundial de velocidad (331 km/h o 206 millas por hora) para un tren de propulsión eléctrica el mismo año en que se introdujo, 1955, y sigue siendo el estándar de la industria hasta el día de hoy.
Y gracias a la constante innovación del pantógrafo de un solo brazo, se han conseguido más prestaciones sin precedentes. Los nuevos modelos de pantógrafo de Wabtec, todos ellos en deuda con Faiveley, permitieron a los trenes alcanzar velocidades máximas de 515 km/h (320 mph) y 574 km/h (356 mph) en 1990 y 2007, respectivamente. Además de establecer nuevos récords de velocidad, los pantógrafos de Wabtec lograron muchas primicias a lo largo de los siglos XX y XXI, incluyendo innovaciones en el diseño de materiales, el tamaño del espacio, la integración en tejados, el alcance de los brazos y los modos de potencia, lo que contribuyó a una proliferación de pantógrafos que supera los 150 tipos y más de 90 000 instalados en todo el mundo.
«El trabajo visionario de Faiveley dio inicio a una nueva era de trenes de alta velocidad que ha transformado la industria del transporte y, con ello, las vidas de millones de viajeros», admira Matt Atkins, director de ingeniería de recolección de energía de Wabtec. «En el mundo de los pantógrafos y los trenes de alta velocidad, el año 1955 marca un claro 'antes y un después'».
4. Energía distribuida LOCOTROL ®: patente estadounidense número 3.380.399
Avancemos rápidamente hasta 1965. La industria ferroviaria estaba ávida de energía distribuida, un fenómeno que cualquier niño que haya montado vagón tras vagón en una maqueta de tren puede entender intuitivamente. En un momento dado, cuando el tren se hace demasiado largo, quiere partirse.
¿La solución? Añadir más locomotoras.
Pero, ¿dónde ponerlos?
Si bien apilarlas en la parte delantera podría haber sido más fácil, una configuración de locomotoras pesadas de este tipo habría ejercido demasiada presión sobre la infraestructura ferroviaria existente, incluidos los puentes (ver diagrama) y los enganches y barras de tracción de los trenes. Para resolver este primer «caso de uso», nació LOCOTROL®.
LOCOTROL ® representa el avance en el sistema de control y comunicación que permite que una locomotora no tripulada que vaya detrás siga, dondequiera que se encuentre, las órdenes de la locomotora líder. Por lo tanto, si el operador coloca la locomotora en la cuarta posición del control de tracción, esa orden se transmite a las locomotoras ubicadas en el centro o en la parte trasera del tren.
«Las primeras versiones de LOCOTROL ® son análogas a las de los primeros tiempos de los superordenadores», señala Danny Rush, vicepresidente de ingeniería de Wabtec. «Se necesitó todo un vagón de carga con equipos informáticos y de RFID para ejecutar comandos de «control remoto» desde la parte delantera del tren hasta la parte trasera. En la década de 1990, redujimos los equipos al tamaño de una estantería, y luego, con los avances continuos de los microprocesadores, el tamaño de la solución se redujo a una caja de aproximadamente un pie de largo».
A medida que la potencia informática y las redes de comunicación han seguido evolucionando, también lo han hecho las ambiciones de LOCOTROL ®, ya que los operadores ferroviarios de todo el mundo van más allá de los límites de la comunicación de comandos no solo entre locomotoras, lo que ha permitido trenes cada vez más largos, sino también entre locomotoras y torres, e incluso desde ubicaciones totalmente remotas.
«La patente original de LOCOTROL ® creó el marco de control y comunicación necesario para permitir una distribución segura de la energía en un tren, lo que se ha obtenido en una era de trenes cada vez más largos, y el aumento de la productividad asociado a ellos», explica Bob Palanti, arquitecto sénior de manipulación de trenes de Wabtec. «Pero esta patente decisiva también sentó las bases para una revolución en la automatización, que ya lleva 70 años preparándose, que está impulsando nuevos modelos operativos e impulsando nuevas eficiencias. Wabtec y sus clientes aún no han terminado con LOCOTROL ®, ni de lejos».
Conclusión
Una señal del éxito de una patente es la cantidad de innovación posterior que impulsa e inspira. Estas cuatro patentes (fabulosas), cuyas raíces se remontan a mediados del siglo XIX, no solo transformaron la industria ferroviaria con el tiempo, sino que se convirtieron en los cimientos sobre los que los ingenieros de Wabtec siguen innovando hasta el día de hoy.
«Lo que comparten cada una de estas patentes no es solo su increíble previsión, sino también su audacia. Quiero decir, 150, 100 y 50 años después, seguimos muy comprometidos con la idea original en la que se basaron estas patentes», concluye Gebhardt. «Edison, Westinghouse, Faiveley y otros establecieron un modelo a seguir para todos los ingenieros brillantes y ambiciosos: ponerse manos a la obra. Tus ideas pueden cambiar el mundo. »