Smart HPT: uma maneira brilhante de economizar combustível e reduzir as emissões

Por David Eldredge, William Schoonmaker e Kiron Vegas

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Introdução

Na jornada para níveis mais altos de eficiência de combustível e menores emissões de gases de efeito estufa, o controle da potência por tonelada (HPT) é essencial

Veja o porquê: as demandas de potência variam de acordo com a composição do trem, o terreno e outras condições operacionais. Quando as ferrovias constroem trens, elas precisam garantir que tenham potência de locomotiva suficiente para ultrapassar o declive mais íngreme (degrau dominante) da rota. O que normalmente acontece, no entanto, é que a nota dominante é apenas um pequeno segmento de uma viagem inteira. Portanto, em um esforço para atender às necessidades da condição mais crítica, há excesso de potência gasta durante o restante da viagem. E esse excesso de potência resulta em maior consumo de combustível e emissões associadas.

A chave para resolver isso é otimizar a potência por tonelada.

Potência por tonelada: uma cartilha

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A relação entre a potência da locomotiva e o peso do trem é potência por tonelada. Especificamente, ele é calculado somando a potência de todas as locomotivas do trem e dividindo pelo peso (em toneladas) do trem.

A taxa de HPT resultante é importante porque é uma métrica usada para informar quanta potência é necessária para um determinado trem. Dependendo da quantidade de carga que ele carrega, por exemplo, um trem pode ter 75 vagões e outro trem pode ter 100 vagões. Portanto, usar o HPT, ou potência por tonelada, como métrica ajuda a normalizar a potência utilizada por todos os trens nessa rota. Ao fazer isso, reduz o número de locomotivas usadas durante qualquer segmento da viagem.

Então, como as ferrovias lidam com um HPT específico?

Desafios

Gerenciar a potência por tonelada é um desafio. Aqui está uma ilustração:

• Digamos que temos o trem perfeito: duas locomotivas com 4.000 HP cada e 8.000 toneladas traseiras. Para este exemplo, minha regra ferroviária é operar a 0,5 HPT. Então, isso significaria isolar manualmente uma locomotiva. Agora, vamos tornar isso mais parecido com o mundo real: mais um carro aparece. Então agora meu trem tem 8.100 toneladas. Como a regra de operação é 0,5 HPT e o único interruptor que você tem é ligar ou desligar uma locomotiva, esse trem passa de 0,49 HPT para 1,0 HPT. Então, você acaba tendo que operar duas locomotivas durante toda a viagem.

Para agravar isso, está a difícil tarefa de controlar manualmente o HPT. É difícil para os humanos descobrirem quanta energia eles precisam versus quanto eles não precisam em cada segmento da viagem. Considerando o comprimento do trem, as restrições de velocidade, o terreno e as condições climáticas, o processo exige muitos esforços manuais e mentais. Além disso, táticas como limitar o entalhe ou desligar certas locomotivas exigem a conformidade da tripulação e que a tripulação se lembre de fazê-lo. E tudo isso tem como pano de fundo um ambiente em constante mudança. O resultado: trens sobrecarregados e ineficiência.

Então, como as ferrovias resolvem esses desafios e colhem os benefícios da potência otimizada por tonelada? A resposta é a automação por meio do Smart HPT.

HPT inteligente

O Smart HPT otimiza o desempenho do trem para uma determinada meta de potência por tonelada.

A base do Smart HPT é construída no controle de cruzeiro Trip Optimizer. Como o Trip Optimizer tem dados sobre a composição e os pesos do trem e entende o terreno e a topologia da pista, o Smart HPT pode determinar exatamente qual potência é necessária em cada ponto da rota. O resultado: as ferrovias economizam combustível e reduzem as emissões sem afetar a velocidade — automaticamente.

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O Smart HPT é composto por três recursos:

1. Planejador inteligente: evita a potência excessiva limitando o HPT do trem por meio da modificação do plano Trip Optimizer para corresponder ao limite de HPT solicitado pela ferrovia para o trem e a rota. Esse poderoso recurso automatiza a limitação do HPT com base na localização do trem. Isso evita um trem sobrecarregado.
2. Marcha lenta automática: identifica potência excessiva e deixa automaticamente as unidades de arrasto em marcha lenta sem ajustar a velocidade do trem. Esse recurso reconhece que os motores das locomotivas são mais eficientes quando operam em RPMs mais altas, então é melhor ter uma locomotiva, digamos, no entalhe 5, do que ter três locomotivas no entalhe 2. Sempre que a marcha lenta automática percebe que a velocidade do plano Trip Optimizer pode ser mantida com apenas a potência de uma locomotiva, ela então deixa as unidades traseiras em marcha lenta e funciona apenas com a unidade principal on-line.
3. Controle de rede: isola automaticamente as locomotivas na liderança usando o controle intra-consistente. As unidades isoladas seguirão então as regras específicas da ferrovia para fechar. Esse recurso permite que a unidade principal comande o isolamento da unidade traseira, sem que alguém volte e aperte fisicamente os interruptores. Isso representa uma economia adicional de combustível, pois a locomotiva isolada é gerenciada pelo Auto Engine Start Stop (AESS). Portanto, ele pode ser desligado completamente e economizar combustível ao não funcionar.

Além disso, o Smart HPT pode determinar se uma locomotiva não está operando de acordo com as velocidades planejadas e se autoajusta adequadamente, reativando a energia para evitar paradas e manter o cronograma.

Conclusão

O Smart HPT elimina as suposições e o planejamento mental do controle de potência por tonelada, sem diminuir a velocidade do trem. O resultado:

• Economia de combustível e redução de emissões: 5-10% (5% com certificação EPA)
• Melhor manuseio de trens

Sobre os autores:

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Dave Eldredge é o líder da linha de produtos da Wabtec para o Trip Optimizer. Ele é responsável pelo desenvolvimento e comercialização das soluções de gerenciamento de energia líderes do setor. Dave tem mais de 17 anos de experiência em eletrônica digital.

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William Schoonmaker é gerente de produto na Wabtec. William tem mais de 25 anos de experiência no desenvolvimento e implementação de produtos para o controle de trens de carga, incluindo mais de 10 anos trabalhando no Trip Optimizer.

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Kiron Viegas é gerente de produto na Wabtec. Kiron passou mais de 25 anos em funções de engenharia e gerenciamento de produtos no setor de tecnologia e é apaixonado por resolver os desafios de sustentabilidade e automação nas operações ferroviárias de carga.