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O caminho para a otimização de combustível em ferrovias de carga
Aproveitando o poder das soluções digitais
de David Eldredge, Adam Franco, Joseph Nazareth, William Schoonmaker e Kiron Viegas
Introdução
O combustível é um fator importante nas operações ferroviárias, compreendendo, em média, 15-20% das despesas operacionais e 90% das emissões de gases de efeito estufa. Então, quando as ferrovias consomem menos combustível, é uma vantagem para a ferrovia e para o meio ambiente: custos operacionais mais baixos e emissões de carbono reduzidas.
Hoje, o transporte ferroviário é o modo mais eficiente em termos de energia e econômico para movimentar cargas. A eficiência vem crescendo em todo o setor há décadas. Em 1980, os trens Classe 1 dos EUA, em média, moviam uma tonelada de carga de 235 milhas por galão de combustível. Hoje, essa distância mais que dobrou para 489 milhas em um único galão 1.
Então, o que vem a seguir? Como as ferrovias levam a otimização de combustível a um novo patamar? Como cada trem pode ser o mais eficiente? A resposta está nos fatores que afetam a utilização do combustível.
Impactos no combustível
Cada missão tem uma série de variáveis que afetam a eficiência de combustível:
- Grau e curvatura da trilha
- Variação de motorista para motorista
- Restrições de velocidade e condições de sinal
- Potência excessiva
- Frenagem agressiva
- Manutenção do caminho
- Atende e passa
- Clima
E tudo isso tem como pano de fundo um ambiente em constante mudança. O desafio de fornecer resultados de sustentabilidade de próximo nível não é apenas gerenciar as variáveis que afetam o uso de combustível, mas fazê-lo de forma consistente e em grande escala.
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Uma abordagem em três etapas
O caminho para a otimização e automação de combustível
A tecnologia digital é o facilitador para resolver esses desafios e liberar todo o potencial de um transporte ferroviário de carga eficiente e sustentável. Por meio de dados, física, algoritmos e aprendizado de máquina, a Wabtec pode tornar as locomotivas mais inteligentes, os trens mais eficientes e as redes mais fluidas.
Para ajudar as ferrovias a obter os benefícios da otimização de combustível por meio de soluções digitais, a Wabtec desenvolveu uma estrutura que permite uma abordagem em fases com etapas sequenciais. Cada fase se alinha cronologicamente aos fatores que afetam a utilização do combustível com metas táticas claras. Uma vantagem importante é que as ferrovias podem entrar em ação a qualquer momento e promover melhorias incrementais imediatas, minimizando os riscos e garantindo o retorno sobre o investimento. Em última análise, as ferrovias podem usar essa estrutura para traçar uma estratégia para alcançar os mais altos níveis de otimização e automação de combustível.
Melhore o manuseio do trem
O caminho para a otimização do combustível começa aqui:
1) Potência distribuída
Para atender à demanda por trens mais longos e pesados — e fornecer um manuseio eficiente de trens — sistemas avançados de energia distribuída permitem o controle remoto de locomotivas em partes separadas da locomotiva principal. O Sistema de Energia Distribuída LOCOTROL® da Wabtec é um sistema comprovado de controle e comunicação que permite a distribuição coordenada de potência de frenagem e tração entre locomotivas principais e remotas, para melhorar a eficiência de combustível, aumentar a capacidade de transporte e reduzir os custos operacionais.
2) Controle de cruzeiro
Gerenciamento de energia do controle de cruzeiro: o Trip Optimizer™ é a base da otimização de combustível. O Trip Optimizer permite que os motoristas obtenham a utilização ideal do combustível controlando automaticamente a velocidade da locomotiva em tempo real, reduzindo a variabilidade do motorista e aumentando a consistência. O Trip Optimizer leva em consideração o terreno, a composição do trem, as restrições de velocidade e as condições operacionais para calcular um perfil de velocidade ideal. Ele controla automaticamente o acelerador da locomotiva e os freios dinâmicos para reduzir o consumo de combustível e proporcionar um manuseio eficiente do trem. O Trip Optimizer se integra ao Distributed Power para aprimorar ainda mais o manuseio do trem em trens mais longos e pesados.
Otimização inteligente de trens e redes
Adiciona inteligência e integração para impulsionar a economia incremental de combustível:
1) Potência inteligente por tonelada (Smart HPT)
O excesso de potência resulta na redução da eficiência de combustível e no aumento das emissões de gases de efeito estufa. Tradicionalmente, o processo para determinar a potência por tonelada tem sido manual, resultando em uma grande variação na eficiência de combustível em diferentes trens. Além disso, não havia como controlar a potência ou isolar os motores quando um trem tinha mais locomotivas do que o necessário para um determinado segmento de sua rota. O Trip Optimizer Smart HPT otimiza o desempenho do trem reduzindo automaticamente a potência por tonelada do trem sem afetar a velocidade, gerando economias incrementais de combustível.
2) Integração de rede
O planejamento eficaz do Meet Pass é uma das formas de gerenciar o tempo de folga na linha, economizar combustível e melhorar a previsibilidade do trem. O desafio é determinar o perfil de velocidade e cumprir o plano de aprovação, que otimiza o desempenho e a economia de combustível em todos os trens da rede simultaneamente. A combinação do Trip Optimizer com o Movement Planner permite o Pacing, que redistribui e otimiza o tempo de folga na linha. As ferrovias que percorrem os trens em toda a rede alcançam economias incrementais de combustível por meio da redução da queima de combustível durante o trajeto.
Automação
Permite a condução e a parada mais precisas do trem, o que gera maior economia de combustível, além de melhor cumprimento do cronograma:
1) Ajuste automático para sinais PTC/ATP
A capacidade de criar um plano de viagem com base nos sinais da PTC e nas atualizações de restrições proporciona economia adicional de combustível. O Trip Optimizer em interface com o PTC/ATP aumentará as oportunidades de milhas automáticas, permitindo mais economia de combustível. O Trip Optimizer com interface PTC se ajusta automaticamente às mudanças de rede em tempo real com base nas atualizações de restrição de sinal e velocidade. Regulando a velocidade até os limites do PTC/ATP, o Trip Optimizer permanece ativo no modo Automático por mais tempo, resultando em maior economia de combustível.
2) Controle automático do freio pneumático
Aumentar o envelope durante o qual o Trip Optimizer opera aumenta a economia de combustível. O Trip Optimizer economiza mais combustível quando pode ser usado no Modo Automático por uma parte maior da viagem. O objetivo do Trip Optimizer Auto Air Brake Control é aumentar o número de milhas operadas no Auto por meio de:
- Adicionar partida e parada ao envelope operacional
- Permitindo que o Trip Optimizer aplique freios pneumáticos conforme necessário para controlar a velocidade do trem
- Permitindo que o Trip Optimizer permaneça em modo automático nos sinais de aproximação
3) 100% de milhas automáticas
Estender o envelope durante o qual o Trip Optimizer opera para 100% das milhas automáticas permite a máxima eficiência de combustível.
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Reunindo tudo
O caminho da Wabtec para otimização e automação de combustível mostra a estrutura para alcançar a máxima eficiência de combustível por meio de soluções digitais. Construído em uma arquitetura de sistema modular, ele permite a integração gradual de soluções aprimoradas de controle e automação de trens. Isso permite aos clientes a capacidade de aumentar gradualmente a economia de combustível para melhor atender às suas metas ambientais operacionais e de sustentabilidade. (Figura 4)
Conclusão
Se você está apenas começando ou buscando eficiências adicionais, a Wabtec tem um portfólio incomparável de produtos digitais que oferecem resultados importantes de eficiência de combustível.
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Figura 4: Caminho para a otimização e automação de combustível
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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Adam Franco é gerente sênior de produtos digitais para LOCOTROL, energia distribuída e controle remoto na Wabtec. Atualmente, ele está focado em oferecer maior nível de eficiência operacional e eficiência de combustível por meio de controle remoto e controle de drones.
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Joseph Nazareth é o líder da linha de produtos LOCOTROL na Wabtec. Joe é apaixonado pelo desenvolvimento de soluções de controle remoto que melhoram a produtividade e a eficiência das operações de trens de carga e tem mais de 20 anos de experiência nisso.
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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.