«Advantage» Wabtec: l'innovazione incessante spinge i motori della serie Evolution verso il futuro

La nuova EVO Advantage continua a reinventare la principale piattaforma di motori per locomotive per il trasporto pesante al mondo per aumentare l'efficienza e le prestazioni del carburante

Quest'anno ricorre due importanti anniversari sia nella storia dell'industria ferroviaria che di Wabtec:

1. Il ventesimo anniversario del motore Wabtec Evolution Series (noto anche come «EVO»), che alimenta più di 10.000 locomotive in uso oggi in tutto il mondo e rimane uno dei più venduti del settore.
2. Il decimo anniversario della locomotiva EVO Tier 4 di Wabtec, che, Trains Magazine definisce «di gran lunga la nuova potenza stradale dominante nelle ferrovie di classe I», con quasi 1.200 unità in funzione oggi.

Non è esagerato dire che la serie Evolution è il motore che ha cambiato tutto. Ha catapultato Wabtec alla guida della produzione di locomotive per il trasporto merci a metà degli anni '90, rendendola la scelta migliore tra i vettori nordamericani di Classe I e internazionali per la sua abilità nel gestire gli standard più severi sulle emissioni, le esigenze di affidabilità dei clienti e l'efficienza nei consumi di carburante.

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Ma ha fatto anche qualcos'altro: ha rivelato qualcosa sul carattere dell'azienda, sul modo in cui Wabtec «funziona».

«Abbiamo lanciato il motore della serie Evolution nel 2005 per aiutare i nostri clienti a soddisfare gli standard sulle emissioni Tier 2 dell'EPA e per prepararli meglio all'evoluzione in vista dei cambiamenti futuri», ricorda Jim Gamble, Vice President, Engines and Power Solutions, Wabtec. «Mentre altri produttori di locomotive hanno apportato correzioni incrementali per «verificare» il nuovo requisito di conformità, ritenevamo che i nostri clienti sarebbero stati meglio serviti da una rivisitazione più approfondita di ciò che è possibile. La nostra «correzione» era un'architettura del motore completamente nuova, ricca di caratteristiche prestazionali innovative che fornissero anche una flessibilità sufficiente per adattarsi alle esigenze future.

«È stata una mossa audace, non priva di rischi, ma che alla fine il mercato ci ha accolto e premiato, cosa che continua a fare ancora oggi».

Più di 10.000 locomotive dopo, e in aumento, la scommessa di Wabtec sulla piattaforma del motore EVO si è dimostrata valsa la pena rischiare. E quell'architettura del motore è ancora la piattaforma su cui vengono apportate alcune delle più grandi innovazioni del settore, dai progressi in materia di conformità al Tier 4 e all'uso del carburante a doppio combustibile o alternativo, ai nuovi aggiornamenti del motore come EVO Advantage che presenta la rivoluzionaria tecnologia eTurbo per aumentare l'efficienza dei consumi di carburante.

Quindi, mentre gli anniversari commemorano debitamente il passato, è giusto che Wabtec colga l'occasione del doppio anniversario dell'EVO per mostrare il futuro di questo motore rivoluzionario.

Innovazione basata sulle emissioni con una svolta

Il rispetto delle nuove normative EPA sulle emissioni dei primi anni 2000 ha rappresentato una sfida per i produttori di locomotive. La maggior parte dei produttori ha considerato la soluzione alla luce della propria offerta attuale e ha apportato modifiche, come l'aggiunta del raffreddamento, per ottenere un risultato accettabile. Sebbene questo approccio abbia funzionato, riducendo le emissioni in modo appropriato, è avvenuto al costo di una riduzione dell'efficienza del carburante.

Wabtec ha intrapreso una strada diversa, rifiutandosi di selezionare semplicemente una casella e di «aggiustare» la soluzione al problema. Invece, ha esaminato il suo motore FDL, sviluppato negli anni '50, e ha visto l'opportunità di un aggiornamento completo, un colpo da maestro di innovazione che avrebbe risolto non solo la riduzione delle emissioni, ma anche il miglioramento delle prestazioni. Se fatto bene, Wabtec potrebbe sviluppare un motore del XXI secolo in grado di ridurre le emissioni, adattarsi ai mutevoli standard di conformità, offrire una migliore efficienza dei consumi e fungere da base per l'innovazione futura.

È nato il motore della serie Evolutions.

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«I nostri concorrenti hanno visto la soluzione alle nuove normative sulle emissioni come un problema al motore; hanno modificato i motori esistenti e li hanno detonizzati per renderli conformi», afferma Alan Hamilton, VP of Engineering di Wabtec. «Il problema era che ciò comportava una riduzione del consumo di carburante. Gli ingegneri di Wabtec hanno adottato un approccio completamente diverso. Hanno reinventato il motore come una «centrale elettrica» per la locomotiva e hanno trovato il modo di ridurre le emissioni, aumentando al contempo l'efficienza del carburante: una vera svolta».

Questa innovazione ha introdotto il motore EVO nel settore ferroviario. Gli ingegneri di Wabtec hanno testato nuovi modi per fornire carburante al motore, approdando infine a un sistema common rail ad alta pressione che ha consentito di controllare con maggiore precisione l'iniezione di carburante. Miglioramenti pratici e fantasiosi nella progettazione complessiva del motore come questo hanno aiutato Wabtec non solo a soddisfare le esigenze di conformità dei suoi clienti, ma anche ad aggiungere valore aggiunto grazie a una ritrovata efficienza del carburante, una delle principali leve di costo nel settore ferroviario.

E così come gli standard di conformità più rigorosi non si sono fermati, così come la creatività degli ingegneri di Wabtec. Quando sono emersi gli standard sulle emissioni Tier 4, che richiedevano riduzioni significativamente maggiori di particolato e NOx, altri produttori di locomotive hanno optato per una soluzione di «post-trattamento», introducendo catalizzatori costosi e ingombranti a base di urea nella loro miscela di motori.

Non Wabtec. Mentre i suoi ingegneri esploravano gli approcci di post-trattamento, hanno spinto oltre i limiti del loro approccio all'ingegneria dei sistemi, innovando la loro via d'uscita dai costosi post-trattamenti ed entrando nel cuore delle ferrovie di Classe 1 con la locomotiva Tier 4 della serie Evolution. Per gli ingegneri di Wabtec, la conformità al livello 4 è stata la spinta necessaria, ma l'obiettivo è rimasto quello di creare prestazioni e valore.

Il motore EVO Tier 4 ha soddisfatto con successo, e continua a soddisfare, la riduzione del 76% delle emissioni di NOx prescritta dall'EPA e la riduzione del 70% delle emissioni di particolato. Ecco perché oggi circolano quasi 1.200 locomotive Wabtec Tier 4, mentre il concorrente più vicino ne possiede un decimo.

Un nuovo «vantaggio» per i clienti Wabtec: EVO Advantage

Sebbene il successo delle locomotive EVO Tier 3 e Tier 4 di Wabtec sia eccellente, uno dei motivi per cui rimangono tali è perché Wabtec sa che il lavoro non è mai finito. Cercando di offrire ogni vantaggio possibile ai propri clienti in tutto il mondo, gli ingegneri di Wabtec spingono sempre avanti per ottenere sempre di più.

Quando i motori sono già i più puliti, efficienti in termini di consumo di carburante e affidabili del settore, cos'altro si può fare? Innovate ancora, ovviamente.

Ed è proprio quello che Wabtec ha fatto, ancora una volta, con EVO Advantage. Seguendo le orme del suo predecessore di successo FDL Advantage, un pacchetto di modernizzazione dei motori che ha prolungato la durata e le prestazioni dei motori FDL in tutto il mondo, il pacchetto EVO Advantage per le locomotive EVO Series Tier 3 e Tier 4 fa ciò che alcuni ritenevano impensabile: offre un ulteriore risparmio di carburante fino al 7%.

Il cuore di questo aumento di efficienza risiede nella tecnologia eTurbo di Wabtec. Sebbene le configurazioni differiscano leggermente per le locomotive Tier 3 e Tier 4, il concetto è più o meno lo stesso: Wabtec ha completamente integrato un generatore in un alternatore che raccoglie l'energia di scarto dai gas di scarico del motore. L'alternatore utilizza tale energia per alimentare uno dei sei motori di trazione della locomotiva, alleggerendo il motore e aumentando così l'efficienza del carburante.

E, in tipico stile Wabtec, questa soluzione «drop-in» si inserisce elegantemente entro i ristretti limiti dello spazio disponibile della locomotiva. Inoltre, è pieno zeppo di innovazioni a livello di componenti.

Ad esempio, con uno spazio limitato, gli ingegneri di Wabtec hanno progettato un manicotto in fibra di carbonio per trattenere i magneti del rotore all'interno dell'alternatore del turbocompressore. Altri materiali del manicotto, come il titanio, sono 5 volte più spessi della fibra di carbonio e avrebbero permesso al design di non superare lo spazio di imballaggio consentito. In definitiva, è stata utilizzata la fibra di carbonio per consentire all'alternatore di adattarsi allo spazio disponibile all'interno del turbocompressore.

Per una maggiore prospettiva, se i fili in fibra di carbonio (che a loro volta hanno un diametro 10 volte più sottile di un capello umano) all'interno dell'eTurbo fossero disposti uno all'altro, il filo risultante sarebbe lungo 15 miglia.

Eppure, queste 24 miglia di innovazione non sono niente in confronto all'efficienza dei consumi che contribuiscono a migliorare. Con un risparmio di carburante fino al 7% in più, una locomotiva EVO potrebbe percorrere altre 70.000 miglia per ogni milione di chilometri percorsi. (Nota: «A luglio 2025, le locomotive Tier 4 della serie Evolution in funzione hanno accumulato complessivamente oltre 500 milioni di miglia e quasi 10.000 anni di autonomia combinata». Fonte: Railway Age).

I sistemi Tier 3 e Tier 4 EVO Advantage, sottoposti a numerosi test sul campo, comprendono eTurbo e il turboalternatore, l'integrazione e il packaging del sistema, il software per locomotive/controllo del motore e l'hardware per l'elettronica di potenza.

Innovare con uno scopo

Mentre Wabtec festeggia 20 anni di padronanza dell'EVO Engine e 10 anni di trionfi dell'EVO Tier 4, è chiaro che l'azienda sa come innovare con uno scopo.

«Costruire le migliori locomotive per il trasporto di merci pesanti e migliorarle continuamente richiede grande abilità e infinita immaginazione», conclude Gamble. «I clienti apprezzano il grande salto rivoluzionario che Wabtec ha fatto con la locomotiva della serie Evolution — ed è un anniversario che vale davvero la pena celebrare — ma non possiamo basarci sui risultati del passato. La nostra destinazione e quella dei nostri clienti sono davanti a noi. E le nostre innovazioni, grandi e piccole, ci consentiranno di arrivarci tutti in modo più sicuro, efficiente e affidabile».