El legado vivo de innovación en ingeniería de Wabtec
Los 155 años de innovación de Wabtec, una mirada más cercana a los avances recientes que dieron forma a la industria ferroviaria de carga.
Dado que en 2024 se cumple el 155 aniversario de Wabtec, hay que admitir que la excelente genealogía de ingeniería de la empresa se remonta a su triunvirato fundador formado por George Westinghouse, Thomas Edison y Louis Faiveley.
Westinghouse , el primer sistema de frenos de Rail Edison, la primera locomotora eléctrica Faiveley, el primer pantógrafo
Cada una de estas tecnologías permitió a Wabtec revolucionar la industria ferroviaria.
Sin embargo, Wabtec no se convirtió en líder mundial en tecnología ferroviaria basándose en su pasado histórico. Más bien, se ha basado en esa sólida base de innovación para mejorar y transformar continuamente el rendimiento ferroviario para sus clientes.
En pocas palabras, la innovación no es solo un «legado» en Wabtec, es un legado vivo, mejorado día a día por una fuerza de ingeniería de aproximadamente 5000 personas.
Con esta distinción en mente, consideremos la historia reciente de Wabtec de innovación disruptiva y maravillas de la ingeniería en la industria ferroviaria de carga.
Desafío: Aumentar el esfuerzo de tracción de los trenes pesados
Innovación: la locomotora de corriente alterna
En la década de 1990, Wabtec competía con EMD en el mercado de locomotoras de carga, y las principales líneas ferroviarias del mundo estaban limitadas por la capacidad de tracción continua y de arranque de sus locomotoras de corriente continua.
Eso estaba a punto de cambiar.
Los ingenieros de Wabtec, dirigidos por el «padre de las locomotoras de corriente alterna», AJ Kumar (que superó las 361 patentes estimadas de George Westinghouse en 2022), adoptaron un enfoque de «ingeniería de sistemas» para crear un nuevo tipo de motor que redefiniera la eficiencia y las capacidades de transporte de las locomotoras de carga modernas. Así nació el sistema de tracción AC.
«Nuestros competidores de la época, entre los que destacaba EMD, se centraban todos en el mismo problema: ofrecer una locomotora con más potencia de tracción a los clientes del transporte pesado», recuerda Alan Hamilton, vicepresidente de ingeniería de Wabtec. «Muchos de ellos intentaron subcontratar la solución, pero nosotros nos quedamos con la solución. Aprovechamos la oportunidad para analizar el desafío desde la perspectiva de toda la locomotora, la interconexión del motor, el sistema de tracción y los controles que hacen que una locomotora funcione, para crear la arquitectura de un nuevo tipo de locomotora y optimizarla específicamente para las necesidades de nuestros clientes de transporte pesado».
Este enfoque holístico de ingeniería de sistemas funcionó de maravilla y dio como resultado no solo una locomotora de corriente alterna que «funcionaba», sino también una central eléctrica de primer nivel basada en componentes optimizados, que proporcionaban capacidades térmicas avanzadas (motor), capacidades de adhesión (ruedas) y control individual de los ejes (controles de electrónica de potencia) para maximizar el esfuerzo de tracción.
Las hazañas de ingeniería detrás de los componentes individuales son numerosas, al igual que las de los «órganos vitales» de la locomotora, pero la verdadera innovación es cómo estas piezas trabajaron juntas para crear un conjunto optimizado, un sistema que de repente aumentó el esfuerzo de tracción hasta una capacidad continua de 166 000 libras, casi un 60% más que la anterior locomotora de corriente continua. De repente, los clientes con una carga que había requerido cinco locomotoras de corriente continua para tirar, ahora podían utilizar tres locomotoras de corriente alterna en su lugar, lo que reescribía las reglas de productividad, eficiencia y costos de mano de obra y mantenimiento de una sola vez.
«Francamente, nosotros y la industria nunca miramos hacia atrás. Wabtec diseñó su arquitectura de locomotoras de corriente alterna desde el principio», observa Hamilton. «Esto también sentó las bases para nuestro exitoso negocio de modernización de locomotoras, que hasta el día de hoy está convirtiendo las locomotoras de corriente continua en la plataforma de corriente alterna».
Los avances de Wabtec en materia de aire acondicionado también se extendieron a la industria minera y, en última instancia, dieron como resultado la creación del camión Komatsu 930E de primera clase, que se convirtió en el estándar del sector a lo largo de la década de 2000, gracias a su mayor capacidad de transporte y a la reducción de los costos totales del ciclo de vida. Independientemente de qué empresas se dediquen a la minería, Wabtec y sus clientes encontraron oro con la tecnología de aire acondicionado.
Desafío: cumplir con estándares de emisiones de GEI cada vez más estrictos
Innovación: cumplir con los requisitos exigidos y ahorrar combustible = Los motores de la serie Evolution
A principios de la década de 2000, una serie de normas sobre emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) cada vez más rigurosas (de nivel 2 a nivel 4) influyeron en el diseño de los motores de las locomotoras de carga. Una vez más, mientras que sus competidores optaban por soluciones discretas para cumplir con las normas, Wabtec aplicó un enfoque holístico de ingeniería de sistemas.
«Nuestros competidores vieron la solución al nuevo régimen de emisiones como un problema relacionado con el «motor»; modificaron sus motores existentes y los «ajustaron» para que cumplieran con las normas», afirma Hamilton. «El problema de este enfoque era que reducía el ahorro de combustible. Los ingenieros de Wabtec adoptaron un enfoque completamente diferente. Reinventaron el motor para convertirlo en una «central eléctrica» para la locomotora y encontraron formas de reducir las emisiones y, al mismo tiempo, aumentar las millas por galón, lo que supuso un verdadero avance».
Esta innovación introdujo el motor de la serie Evolution en la industria ferroviaria. Los ingenieros de Wabtec probaron nuevas formas de suministrar combustible al motor (y de aportar valor al cliente) y, finalmente, optaron por un sistema common rail de alta presión que permitía controlar la presión de inyección de combustible independientemente de la velocidad del motor. Este tipo de mejoras imaginativas y prácticas en el diseño general de los motores ayudaron a Wabtec no solo a cumplir con los requisitos de cumplimiento de sus clientes, sino también a añadir valor a medida que avanzaba en forma de una nueva eficiencia de combustible, un factor importante para aumentar los costes en el sector ferroviario.
Y así como el aumento de los estándares de cumplimiento no cesó, tampoco lo hizo la creatividad de los ingenieros de Wabtec. Cuando aparecieron las normas de emisiones de nivel 4, que exigían una mayor reducción de las partículas y los NOx, la mayoría de los fabricantes de locomotoras optaron por un enfoque de «postratamiento» e introdujeron catalizadores a base de urea costosos y bastante torpes en su combinación de combustible y motor.
No es Wabtec. Si bien sus ingenieros exploraron las opciones de postratamiento, ampliaron su enfoque de ingeniería de sistemas e innovaron para superar el postratamiento para ofrecer no solo una solución totalmente compatible, sino también una solución mejor optimizada para los ferrocarriles de América del Norte con la locomotora Tier 4 de la serie Evolution. Para los ingenieros de Wabtec, el cumplimiento del nivel 4 dio el empujón, pero el objetivo seguía siendo el rendimiento y la creación de valor.
La locomotora Tier 4 de la serie Evolution de Wabtec, que ofrece una eficiencia y una adherencia óptimas, es la elección indiscutible de los ferrocarriles de América del Norte para satisfacer sus necesidades de nueva potencia de tracción. Con casi 1200 unidades entregadas hasta la fecha, el mercado sigue validando el enfoque optimizado de ingeniería de sistemas de Wabtec para el desarrollo de productos.
Desafío: Transformar los datos de uso de las locomotoras en una ventaja de rendimiento para el cliente
Innovación: tecnología de control de Wabtec
Al tiempo que impulsó innumerables innovaciones en el hardware de las locomotoras, el enfoque de ingeniería de sistemas de Wabtec también condujo a una revolución del software que sigue transformando la industria. Gracias a los avances en telemetría y captura de datos a bordo, y a medida que Wabtec acompañaba literalmente a sus clientes para comprender mejor sus necesidades y ver «de cerca» su funcionamiento, los ingenieros de Wabtec encontraron maneras de convertir los datos en un rendimiento mejorado.
La primera y más importante de estas innovaciones de software es Trip Optimizer, un sistema inteligente de gestión de energía y control de crucero para trenes que 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. Lanzado en 2009, Trip Optimizer logró recientemente un hito impresionante: mil millones de millas en funcionamiento, lo que permitió ahorrar a las principales vías férreas del mundo más de 750 millones de galones de diésel y, al mismo tiempo, redujo las emisiones hasta en un 10 por ciento.
«Nuestros numerosos avances en los sistemas de control, desde el control de tracción (adhesión) de las locomotoras, el mejor de su clase, el repostaje y la sincronización del motor y el control auxiliar de locomotoras de velocidad variable (emisiones/eficiencia), LOCOTROL (potencia distribuida) y control de frenos de aire (frenos) hasta Trip Optimizer, muestran a nuestros ingenieros que llevan nuestro enfoque de ingeniería de sistemas al siguiente nivel», reflexiona Hamilton. «Trip Optimizer, por ejemplo, requirió una especie de salto metafórico, al considerar toda la red de trenes como un sistema y utilizar las entradas de ese sistema para optimizar el uso de energía del tren».
Este tipo de optimización del software, que abarca los avances en el aprendizaje automático y el análisis predictivo, es cualquier cosa menos estática. Hoy, por ejemplo, las nuevas locomotoras a batería, que pueden almacenar la energía producida al frenar, añaden otro elemento dinámico a la ecuación de gestión de la energía, abriendo nuevas fronteras en materia de eficiencia de combustible.
Wabtec se basa en estas innovaciones y mira hacia el futuro. Al ser pionera en los avances en los sistemas de señalización actuales y las soluciones de eficiencia de red, la empresa se esfuerza por aumentar la capacidad ferroviaria para transportar más carga por tren. Wabtec está trabajando para reducir las emisiones de la flota de locomotoras existente mediante soluciones de eficiencia de combustible y probando diésel y biodiésel renovables. También lidera el desarrollo de tecnologías de propulsión alternativas.
Wabtec ya ha desarrollado la primera locomotora eléctrica 100% batería de transporte pesado del mundo, la FLxDrive TM. La compañía entregará la primera unidad FLxDrive comercial de 7 megavatios/hora a finales de este año para las operaciones de transporte en línea en la exigente región de Pilbara, en Australia occidental.
Los ingenieros de Wabtec también están explorando el hidrógeno como combustible del futuro para descarbonizar el ferrocarril. La empresa está realizando investigaciones en colaboración con los Laboratorios Nacionales de Oak Ridge y Argonne para avanzar en los trabajos de vanguardia sobre un motor de combustión interna de hidrógeno. En una línea de investigación independiente para una locomotora de hidrógeno de próxima generación, Wabtec está trabajando con socios tecnológicos para desarrollar locomotoras capaces de utilizar pilas de combustible de hidrógeno como fuente alternativa de generación de energía.
«Si analizamos la historia reciente de innovación en Wabtec, y mirando hacia el futuro, creo que nuestros legendarios fundadores estarían orgullosos», concluye Hamilton. «Hemos tenido éxito donde nuestros competidores no lo han conseguido al pensar, soñar y actuar a lo grande y colaborar estrechamente con nuestros clientes. Nuestro enfoque de ingeniería de sistemas nos ha ayudado a apuntar más alto y a lograr más, al garantizar que nuestras innovaciones funcionen en armonía, del mismo modo que una orquesta debe tocar en conjunto para hacer buena música».