Impulsar el crecimiento de la madurez tecnológica

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Los operadores de trenes necesitan tecnologías de compresores de aire que combinen altos niveles de eficiencia operativa y alta disponibilidad en servicio en todas las condiciones de operación, incluido un ciclo de trabajo muy bajo. Para responder a esta necesidad, Wabtec ha llevado a cabo extensas pruebas de campo y ha desarrollado la próxima generación de compresores de aire. El pistón Buran CSS con sellado sectorial/cubierto de Wabtec es una solución de última generación, capaz de soportar todas las condiciones de funcionamiento, incluidas las aplicaciones de temperatura y humedad extremas y de bajo ciclo de trabajo.

Pasar de compresores lubricados a compresores exentos de aceite

Durante décadas, los trenes han estado equipados con compresores de aire para alimentar sus sistemas de frenos y suspensión. Las tecnologías de compresores para raíles se basaban en la tecnología de compresores existente en la industria, principalmente en compresores de pistón alternativo lubricados o de tornillo lubricado.

Sin embargo, los clientes descubrieron que las tecnologías de compresores lubricados tenían algunos inconvenientes importantes, como la necesidad de:

• Verificación diaria del aceite
• Rellene cuando se consuma el compresor
• Reemplazo y reciclaje regulares de aceite y filtros
• Almacenamiento de los condensados del secador de aire que contienen aceite a bordo
• Vaciado y reciclaje regulares de tanques de condensados

El uso de compresores lubricados también se complica debido al ciclo de trabajo requerido. Al diseñar el sistema de generación de aire de un tren, hay que encontrar un equilibrio entre dos requisitos contradictorios: el ciclo de trabajo y el tiempo necesario para llenar el tren durante la preparación inicial. Naturalmente, los operadores de trenes buscan el menor tiempo posible de llenado.

Para el ciclo de trabajo, hay dos factores a tener en cuenta aquí. En primer lugar, los compresores son máquinas termodinámicas que están diseñadas para funcionar en caliente. En segundo lugar, durante el proceso de compresión, el agua se separa del aire y se mezcla con el aceite cuando se condensa. Es posible que un ciclo de trabajo corto no permita que el compresor se caliente lo suficiente como para evaporar completamente el agua. Permitir que esta agua se mezcle con el aceite podría provocar problemas graves de lubricación y dañar gravemente el compresor.

Los primeros pasos para dejar de usar aceite

Hace unos 15 años, muchas personas del sector ferroviario empezaron a plantearse seriamente la posibilidad de utilizar compresores exentos de aceite. La opción más adecuada para su uso en trenes es el pistón alternativo, que puede cubrir todo el rango de flujo de aire requerido. Esto va desde 300 l/min para trenes cortos hasta 2500 l/min para trenes largos o locomotoras.

En Wabtec, nuestro principal objetivo a la hora de desarrollar y validar la tecnología de compresores exentos de aceite era la nueva tecnología de fricción y compresión entre el pistón y el cilindro. Tras un análisis exhaustivo del desgaste durante los ciclos de trabajo prolongados, llegamos a una solución que fue adoptada por la mayoría de los actores del mercado. Consistía en dos segmentos de compresión y un material de fricción a base de PTFE en el cuerpo del pistón.

Esta solución funcionó bien en ciclos de trabajo razonablemente altos. Sin embargo, en los ciclos de trabajo bajos en los que el compresor no alcanzaba su temperatura de funcionamiento normal, se producía un desgaste prematuro del material de fricción y compresión. En ciclos de trabajo de tan solo un 5%, con un modo de estacionamiento prolongado o cuando la refrigeración del compresor se ve agravada por una instalación montada en el techo, a veces nos encontramos con un desgaste intenso.

El uso de reguladores del ciclo de trabajo permite mantener el funcionamiento del compresor a un nivel aceptable. Esto se logra utilizando una válvula en el circuito de la tubería principal que crea una fuga controlada para garantizar un ciclo de trabajo mínimo del compresor. Sin embargo, se trata más de una solución provisional que completa, y no es lo ideal en vista de la demanda de una mayor eficiencia energética.

Ir más allá de los requisitos del mercado

Los ingenieros de Wabtec han hecho todo lo posible para aumentar la resiliencia ante los ciclos de trabajo reducidos de la tecnología de compresores alternativos exentos de aceite. Para validar una solución en un plazo razonable, desarrollamos un banco de pruebas único para crear una simulación acelerada del uso de materiales de fricción y compresión en todo tipo de condiciones. Ha sido un largo camino para desarrollar y validar una nueva solución, y nuestros esfuerzos han dado sus frutos.

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Estaba claro que algunas aplicaciones seguirían siendo aplicaciones de ciclo de trabajo reducido y, por lo tanto, requerirían una solución capaz de soportar esas condiciones y alcanzar una vida útil aceptable sin un regulador del ciclo de trabajo. Esto es precisamente lo que ofrece ahora nuestro cilindro y conjunto de pistones CSS, recientemente patentados.

Nuestro primer paso fue una demostración en un banco de pruebas. Con un ciclo de trabajo de tan solo el 5% y una temperatura permanentemente baja, la solución CSS alcanzó fácilmente la periodicidad de las revisiones equivalentes con un amplio margen.

El segundo paso fue la validación en el tren. Ahora tenemos más de 500 compresores en servicio con la solución CSS. Hemos optado por implementar el CSS de forma prioritaria en aplicaciones con ciclos de trabajo y temperaturas bajos, y realizar mediciones con regularidad en estos compresores. La tasa de desgaste que observamos sobre el terreno es incluso mejor que en condiciones simuladas similares en nuestro banco de pruebas. Incluso en estas peores condiciones, sabemos que la solución CSS puede alcanzar más de 12 000 horas de bombeo, lo que corresponde a las horas de bombeo habituales de un compresor MTBO.

Nuestro próximo desafío será hacer que la MTBO supere los requisitos habituales del mercado.

Agradecemos a nuestros clientes su confianza durante todo este proceso y estamos muy contentos con el resultado obtenido. Hemos dado un paso importante en la madurez de la tecnología de compresores alternativos exentos de aceite.

La nueva generación de compresores Buran de Wabtec, los Buran CSS, son la nueva referencia del mercado, son altamente resistentes a condiciones de operación extremas y son de última generación.