O legado vivo de inovação em engenharia da Wabtec
Os 155 anos de inovação da Wabtec, um olhar mais atento às recentes descobertas que moldaram o setor ferroviário de carga.
Com 2024 marcando o 155º aniversário da Wabtec, a tentação de rastrear a excelente genealogia da engenharia da empresa até seu triunvirato fundador, formado por George Westinghouse, Thomas Edison e Louis Faiveley, é reconhecidamente forte.
Westinghouse - o primeiro sistema de freio ferroviário
Edison - a primeira locomotiva
elétrica Faiveley - o primeiro pantógrafo
Cada uma dessas tecnologias permitiu à Wabtec revolucionar o setor ferroviário.
Mas a Wabtec não se tornou líder global em tecnologia ferroviária ao se debruçar sobre seu passado histórico. Em vez disso, ela se baseou nessa rica base de inovação para melhorar e transformar continuamente o desempenho ferroviário de seus clientes.
Simplificando, a inovação não é apenas um “legado” na Wabtec — é um legado vivo, aprimorado todos os dias por uma força de engenharia de aproximadamente 5.000 pessoas.
Com essa distinção em mente, vamos considerar a história recente da Wabtec de inovação disruptiva e maravilhas da engenharia no setor ferroviário de carga.
Desafio: Aumentar o esforço de tração de trens pesados
Inovação: a locomotiva AC
Na década de 1990, a Wabtec estava competindo com a EMD no mercado de locomotivas de carga, e as principais ferrovias ao redor do mundo estavam limitadas pelas capacidades de esforço de tração inicial e contínuo de suas locomotivas DC.
Isso estava prestes a mudar.
Os engenheiros da Wabtec, liderados pelo “Pai da Locomotiva AC”, AJ Kumar (que superou a estimada contagem de 361 patentes de George Westinghouse em 2022), adotaram uma abordagem de “engenharia de sistemas” para criar um novo tipo de motor para reescrever a eficiência e as capacidades de transporte da moderna locomotiva de carga. Nasceu o sistema de tração AC.
“Nossos concorrentes na época, principalmente a EMD, estavam todos focados no mesmo problema de entregar uma locomotiva com mais potência de tração para clientes de transporte pesado”, lembra Alan Hamilton, vice-presidente de engenharia da Wabtec. “Muitos deles tentaram terceirizar a solução, mas mantivemos tudo em casa. Aproveitamos a oportunidade para analisar o desafio através da lente de toda a locomotiva, da interconexão do motor, do sistema de tração e dos controles que fazem uma locomotiva funcionar, para criar a arquitetura de um novo tipo de locomotiva e otimizá-la especificamente para as necessidades de nossos clientes de transporte pesado.”
Essa abordagem holística de engenharia de sistemas fez maravilhas, resultando não apenas em uma locomotiva AC “funcional”, mas em uma central elétrica de alto nível construída com componentes otimizados, que forneciam capacidades térmicas avançadas (motor), capacidades de adesão (rodas) e controle individual de eixos (controles eletrônicos de potência) para maximizar o esforço de tração.
As proezas de engenharia por trás dos componentes individuais são inúmeras, assim como as dos “órgãos vitais” da locomotiva, mas a verdadeira inovação é como essas peças trabalharam juntas para criar um todo otimizado, um sistema que repentinamente aumentou a força de tração para uma classificação contínua de 166.000 libras — um aumento de quase 60% em relação à locomotiva DC anterior. De repente, clientes com uma carga que exigia cinco locomotivas DC para ser puxada agora podiam usar três locomotivas AC, reescrevendo as regras de produtividade, eficiência e custos de mão de obra e manutenção de uma só vez.
“Francamente, nós e a indústria nunca olhamos para trás. A Wabtec adquiriu sua arquitetura de locomotiva AC desde o início”, observa Hamilton. “Isso também preparou o terreno para nosso bem-sucedido negócio de modernização de locomotivas, que até hoje está convertendo locomotivas DC na plataforma AC.”
Os avanços de ar condicionado da Wabtec também varreram o setor de mineração, resultando na criação do caminhão Komatsu 930E de primeira classe, que se tornou o padrão da indústria ao longo dos anos 2000 com o aumento do transporte e a redução dos custos totais do ciclo de vida. Não importa quais empresas estejam minerando, a Wabtec e seus clientes conquistaram ouro com a tecnologia AC.
Desafio: atender aos padrões cada vez mais rigorosos de emissões de GEE
Inovação: Ofereça conformidade obrigatória e economia de combustível = Os motores da série Evolution
A partir do início dos anos 2000, uma sucessão de padrões cada vez mais rigorosos de emissões de gases de efeito estufa (GEE) (Nível 2 — Nível 4) impactou o projeto de motores de locomotivas de carga. Novamente, enquanto seus concorrentes escolheram correções discretas para manter a conformidade, a Wabtec aplicou uma abordagem holística de engenharia de sistemas.
“Nossos concorrentes viram a solução para o novo regime de emissões como um problema de 'motor'; eles consertaram seus motores existentes e os 'desafinaram' para torná-los compatíveis”, diz Hamilton. “O problema com essa abordagem foi que ela resultou na diminuição da economia de combustível. Os engenheiros da Wabtec adotaram uma abordagem completamente diferente. Eles reimaginaram o motor como uma “usina de energia” para a locomotiva e encontraram maneiras de reduzir as emissões e aumentar as milhas por galão — um verdadeiro avanço.”
Essa inovação introduziu o motor da série Evolution no setor ferroviário. Os engenheiros da Wabtec testaram novas formas de fornecer combustível ao motor (e valor para o cliente), aterrissando em um sistema common rail de alta pressão que permitiu que a pressão de injeção de combustível fosse controlada independentemente da velocidade do motor. Melhorias criativas e práticas no design geral do motor, como essa, ajudaram a Wabtec não apenas a atender às necessidades de conformidade de seus clientes, mas a agregar valor ao longo do caminho na forma de uma nova eficiência de combustível, uma importante alavanca de custos em ferrovias.
E assim como os padrões adicionais de conformidade não pararam, a criatividade dos engenheiros da Wabtec também não parou. Quando surgiram os padrões de emissões de nível 4, exigindo maiores reduções de material particulado e NOx, a maioria dos fabricantes de locomotivas adotou uma abordagem de “pós-tratamento”, introduzindo catalisadores caros e bastante desajeitados à base de uréia em sua mistura de combustível e motor.
Não é a Wabtec. Embora seus engenheiros tenham explorado as opções de pós-tratamento, eles ampliaram sua abordagem de engenharia de sistemas, inovando sua saída do pós-tratamento para fornecer não apenas uma solução totalmente compatível, mas também uma solução melhor otimizada para as ferrovias norte-americanas com a locomotiva de nível 4 da Série Evolution. Para os engenheiros da Wabtec, a conformidade com o Nível 4 deu o impulso, mas o desempenho e a criação de valor continuaram sendo a meta.
A locomotiva de nível 4 da série Evolution da Wabtec, que oferece eficiência e aderência ideais, é a escolha indiscutível das ferrovias norte-americanas para atender às suas necessidades de nova força de tração. Com quase 1.200 unidades entregues até o momento, a abordagem otimizada de engenharia de sistemas da Wabtec para o desenvolvimento de produtos continua sendo validada pelo mercado.
Desafio: transformar dados de uso de locomotivas em uma vantagem de desempenho do cliente
Inovação: tecnologia de controle Wabtec
Ao mesmo tempo em que impulsionou inúmeras inovações de hardware de locomotivas, a abordagem de engenharia de sistemas da Wabtec também levou a uma revolução de software que ainda está transformando o setor. Com os avanços na telemetria e na captura de dados a bordo, e enquanto a Wabtec literalmente percorria os trilhos com seus clientes para entender melhor suas necessidades e ver “de perto” como eles operam, os engenheiros da Wabtec encontraram maneiras de transformar dados em desempenho aprimorado.
Em primeiro lugar, entre essas inovações de software, está o Trip Optimizer, um sistema inteligente de gerenciamento de energia e controle de cruzeiro para trens que considera o terreno, a composição do trem, as restrições de velocidade e as condições operacionais para calcular um perfil de velocidade ideal. Lançado em 2009, o Trip Optimizer alcançou recentemente um marco impressionante: um bilhão de milhas em operação, economizando às principais ferrovias do mundo mais de 750 milhões de galões de diesel e reduzindo as emissões em até 10%.
“Nossas muitas inovações em sistemas de controle, desde nosso melhor controle de tração de locomotivas (aderência), alimentação/temporização do motor e controle auxiliar de locomotivas de velocidade variável (emissões/eficiência), LOCOTROL (potência distribuída) e controle de freio pneumático (freios) até o Trip Optimizer, mostram que nossos engenheiros estão levando nossa abordagem de engenharia de sistemas para o próximo nível”, reflete Hamilton. “O Trip Optimizer, por exemplo, exigiu uma espécie de salto metafórico, considerando toda a rede de trens como um sistema e usando entradas desse sistema para otimizar o uso de energia de um trem.”
Esse tipo de otimização de software, que engloba avanços em aprendizado de máquina e análise preditiva, é tudo menos estático. Hoje, por exemplo, novas locomotivas a bateria, que podem armazenar energia produzida pela frenagem, adicionam outro elemento dinâmico à equação de gerenciamento de energia, abrindo novas fronteiras de eficiência de combustível.
A Wabtec está se baseando nessas inovações e olhando para o futuro. Ao ser pioneira nos atuais sistemas de sinalização e soluções de eficiência de rede, a empresa está se esforçando para aumentar a capacidade ferroviária para movimentar mais cargas por trem. A Wabtec está trabalhando para reduzir as emissões existentes da frota de locomotivas por meio de soluções de eficiência de combustível e testes de diesel e biodiesel renováveis. Também está liderando o desenvolvimento de tecnologias alternativas de propulsão.
A Wabtec já desenvolveu a primeira locomotiva pesada do mundo, 100% elétrica a bateria, a FlxDrive TM. A empresa entregará o primeiro FlxDrive comercial de 7 megawatts-hora ainda este ano para operações de transporte de linha na exigente região de Pilbara, no oeste da Austrália.
Os engenheiros da Wabtec também estão explorando o hidrogênio como combustível do futuro para a descarbonização ferroviária. A empresa está conduzindo pesquisas colaborativas com o Laboratório Nacional de Oak Ridge e o Laboratório Nacional de Argonne para promover trabalhos de ponta em um motor de combustão interna a hidrogênio. Em um caminho de pesquisa separado para uma locomotiva de hidrogênio de próxima geração, a Wabtec está trabalhando com parceiros de tecnologia para desenvolver locomotivas capazes de usar células de combustível de hidrogênio como fonte alternativa de geração de energia.
“Olhando para a história recente de inovação na Wabtec — e olhando para o futuro — acho que nossos lendários fundadores ficariam orgulhosos”, conclui Hamilton. “Tivemos sucesso onde nossos concorrentes não tiveram, pensando, sonhando e agindo de forma grandiosa e colaborando estreitamente com nossos clientes. Nossa abordagem de engenharia de sistemas nos ajudou a almejar mais e alcançar mais, garantindo que nossas inovações funcionem juntas em harmonia, assim como uma orquestra precisa tocar em conjunto para fazer boa música.”