Locomotora Wabtec FLXdrive
Redefiniendo los ferrocarriles
Hace tiempo que los trenes se asocian con grasa y suciedad, pero ¿podría la solución eléctrica a baterías de Wabtec revolucionar los ferrocarriles? Informa Will Gray
Los ferrocarriles desempeñan un papel vital en el transporte de mercancías y personas en todo el mundo. Representan el 7% de todos los movimientos de carga a nivel global, y casi el 40% en los desplazamientos exclusivamente terrestres; además, ofrecen rutas esenciales para miles de millones de pasajeros cada año. Sin embargo, aunque constituyen una forma excepcionalmente eficiente en términos energéticos de transporte, las distancias y los pesos involucrados también hacen que sea extremadamente difícil electrificarlos.
Los trenes diésel-eléctricos han sido durante mucho tiempo los principales medios de transporte en las vías férreas, y aunque los trenes eléctricos alimentados por cables aéreos los han reemplazado en algunas rutas, los altos costos de infraestructura hacen que la electrificación a largas distancias sea extremadamente inviable. Como resultado, más del 60% de la red ferroviaria del Reino Unido sigue sin electrificarse; sin embargo, en China —donde en 2024 se transportaron 51.75 mil millones de toneladas de mercancías por ferrocarril— alrededor del 25% de la red no está electrificada. Estados Unidos depende aún más de esta tecnología, con una enorme flota de 28,000 locomotoras diésel-eléctricas en funcionamiento y 124,000 millas de vías férreas de Clase I en uso intensivo.
Las máquinas diésel-eléctricas tradicionales utilizan sus motores alimentados con combustibles fósiles para generar electricidad, la cual a su vez impulsa a los motores de accionamiento directo. Según la Asociación Internacional de Energía, estas máquinas son una de las principales causas de las 250 millones de toneladas de CO2 que se emiten anualmente en los ferrocarriles. Sin embargo, hasta ahora no ha existido otra solución capaz de ofrecer la potencia y el rendimiento necesarios para competir con ellas.
Wabtec (Westinghouse Air Brake Technologies Corporation) ha sido durante mucho tiempo líder mundial en el desarrollo de locomotoras diésel-eléctricas, siendo pionera en métodos para hacerlas más eficientes. En 2001 introdujeron el frenado regenerativo en algunas de sus locomotoras, creando así la primera máquina híbrida de tipo batería-diésel-eléctrica; y a lo largo de los 25 años siguientes, desarrollaron ese concepto inicial hasta dar lugar a la primera locomotora de transporte pesado 100% eléctrica del mundo, la FLXdrive.
Si le parece mucho tiempo de desarrollo, es porque, al igual que con la mayoría de los desafíos relacionados con la electrificación, solo fue posible una vez que todas las partes involucradas estuvieron alineadas. Jim Bunce pasó siete años dirigiendo el desarrollo de los paquetes de baterías y del sistema de gestión, y actualmente es el responsable técnico de ingeniería de sistemas. Él explica: “El objetivo era diseñar un vehículo eléctrico de baterías de tal manera que ofreciera la misma capacidad de potencia que una locomotora diésel-eléctrica tradicional, y ahora lo hemos logrado.”
“Los sistemas de tracción y propulsión son prácticamente idénticos en la locomotora diésel-eléctrica y en la FLXdrive, por lo que ofrecen esencialmente la misma capacidad de 4500 caballos de fuerza. El sistema eléctrico basado en baterías no puede funcionar por sí solo con la misma autonomía que una locomotora diésel-eléctrica, pero puede lograr mejoras significativas en la eficiencia a largas distancias cuando se utiliza en combinación con otros vehículos. El sistema FLXdrive es escalable y modular, y puede adaptarse a una variedad de aplicaciones, incluyendo transporte por línea fija, transporte pesado, carga, movimientos en patios de maniobras y operaciones híbridas.”
La escalabilidad es importante porque el ciclo de trabajo lo es también, pero el sistema eléctrico a baterías no está actualmente en condiciones de funcionar como sistema independiente. El objetivo no es eliminar el motor diésel en todas las circunstancias, sino utilizar la energía de las baterías donde genere la mayor ventaja operativa y ambiental. Por ejemplo, una locomotora que trabaja en un entorno de mantenimiento de metro se enfrenta a un problema muy distinto al de una locomotora de carga que recorre largas distancias; por eso se han desarrollado versiones diferentes para cada caso de uso.
El Switcher es ideal para uso en patios, para formar trenes que transporten carga de un lugar a otro, y estos vehículos suelen contener menos baterías porque permanecen cerca de un sistema de carga. La versión híbrida, diseñada para trabajos de mantenimiento en los sistemas de metro de las grandes ciudades, mantiene un motor diésel pero puede pasar a operar exclusivamente con baterías dentro de los túneles. Está dimensionado para permitir que el motor se apague en aquellos lugares donde los humos y las emisiones podrían afectar el entorno de trabajo.
En el caso de las locomotoras de carga para largas distancias, la FLXdrive está equipada con el máximo número posible de baterías y está diseñada para funcionar como parte de una flota, complementando a las locomotoras diésel-eléctricas existentes al operar junto a ellas para crear eficazmente una solución híbrida. “Un tren de carga de larga distancia en Estados Unidos suele tener una longitud de aproximadamente una milla y media y cuenta con tres o cuatro locomotoras a la cabeza del tren”, explica Bunce. “Sustituimos una de esas locomotoras diésel-eléctricas por una FLXdrive, de modo que las locomotoras trabajan en conjunto como parte de un tren híbrido. Las grandes distancias siguen siendo cubiertas por la flota de locomotoras diésel-eléctricas, pero con una mayor eficiencia en el consumo de combustible gracias a la componente eléctrica de las baterías”.
Probando el concepto
El primer prototipo del diseño FLXdrive fue lanzado para pruebas en 2021. Estaba equipado con 18,000 celdas de batería de ion de litio refrigeradas por aire, lo que proporcionaba un almacenamiento total de 2.4 MWh, y pesaba 430,000 libras. El enfoque era el transporte de larga distancia; en lugar de circular por circuitos en una pista de pruebas, la locomotora se probó en servicios reales por carretera con BNSF Railway, el ferrocarril más grande de Estados Unidos.
Durante el período de prueba de tres meses en el valle de San Joaquin, California —una zona rodeada de montañas y con terreno ondulado que maximizó el uso del frenado regenerativo—, completó 13,320 millas funcionando como parte de un tren junto a otras locomotoras diésel-eléctricas. Al lograr una reducción del 11% en el consumo de combustible (equivalente a más de 6200 galones de diésel) y una disminución en las emisiones de CO2 de aproximadamente 69 toneladas, demostró el concepto inicial pero también resaltó una importante oportunidad de mejora.
La segunda iteración, lanzada para servicios de demostración a clientes en Australia hace un par de años, contó con una mejora significativa: el sistema original de baterías refrigeradas por aire fue reemplazado por uno refrigerado por agua. La mayor eficiencia del enfriamiento por agua permitió un aumento considerable en la densidad de las baterías, lo que significó que la capacidad de las mismas en el vehículo podía triplicarse, alcanzando un total de 7 MWh. La empresa estima que, dependiendo de la ruta y las operaciones del cliente, esto tiene el potencial de reducir el consumo de combustible y las emisiones hasta en un 30%.
“En un sistema refrigerado por aire, en realidad se necesita una cantidad considerable de espacio para mover el aire necesario para enfriar las baterías”, dice Bunce. “Al optar por un sistema refrigerado por líquido, podemos aprovechar cada pulgada del espacio disponible en la locomotora. Junto con este desarrollo, las pruebas de campo han sido fundamentales para permitir que nuestros clientes evalúen la nueva tecnología en sus aplicaciones, comprendiendo qué requisitos de mantenimiento e infraestructura podrían necesitar, así como para que podamos demostrar un sistema seguro y funcional que mantiene la capacidad de rendimiento con importantes ventajas en ahorro de combustible y reducción de emisiones”.
La locomotora FLXdrive tiene una gran similitud con el motor diésel-eléctrico tradicional, con la misma carcasa exterior y disposición de la cabina; sin embargo, la información que llega al conductor es significativamente diferente. El contraste se vuelve aún más evidente fuera de la cabina, donde faltan el motor diésel, el alternador que normalmente convierte la energía mecánica del motor en energía eléctrica y el gran sistema de refrigeración asociado a la instalación diésel. En su lugar hay baterías, junto con un sistema de gestión térmica diseñado para mantener las baterías dentro del rango de temperatura de funcionamiento previsto.
La diferencia también se siente en la experiencia de conducción, ya que la reducción de las vibraciones generadas por el motor mejora drásticamente la calidad del viaje a bordo del vehículo. “Si entrara en la cabina del operador donde hoy trabaja la tripulación en una locomotora diésel-eléctrica frente a una locomotora FLXdrive, ambas son esencialmente idénticas; pero la ausencia del motor diésel tiene un impacto significativo en el nivel de ruido y vibraciones del vehículo”, dice Bunce.
“Una de las principales fuentes de vibración en la locomotora es ese motor diésel, y aunque nuestras locomotoras diésel-eléctricas cuentan con un sistema de montaje suave para que los operadores no sientan esas vibraciones, estas siguen siendo significativas. El peso de la locomotora es probablemente el factor que más contribuye al desgaste de los rieles, y aunque su peso total no cambia mucho, sí tiene un impacto considerable en la calidad de la experiencia de conducción para el operador. ¡Es mucho más agradable conducirla!”
Electricificación a gran escala
En cuanto a la transmisión, el FLXdrive cuenta con la conocida tecnología de tracción por corriente alterna. La mayoría de las versiones utilizan seis motores de tracción individuales de alta torsión de General Electric GEB13, montados en los ejes, cada uno de los cuales genera aproximadamente 1000 caballos de fuerza. Un motor impulsa cada eje, y cada eje se controla de forma independiente mediante su propio inversor avanzado refrigerado por líquido y de frecuencia variable. Esto proporciona un grado de resiliencia, ya que un problema en uno de los motores o inversores no impide necesariamente que la energía llegue a los motores restantes.
La arquitectura eléctrica se basa en un bus de corriente continua de alta tensión, y el sistema funciona nominalmente a 1350 V CC, con sistemas inversores que convierten ese suministro eléctrico en energía de corriente alterna para los motores de inducción. Este entorno de alta tensión —ya que la mayoría de las plataformas automotrices modernas operan alrededor de 800 V— hizo que el desarrollo de la locomotora eléctrica a baterías implicara algo más que simplemente añadir baterías de tipo automotriz a una plataforma de locomotora existente. En lugar de eso, la empresa tuvo que desarrollar paquetes de baterías a medida, configurados para funcionar dentro del sistema de propulsión para cargas pesadas.
Se trata de electrificación a una escala diferente. Cada batería tiene aproximadamente el tamaño de un colchón queen-size: unos 64 pulgadas de largo, 48 pulgadas de ancho y 10 pulgadas de alto. Al eliminar los componentes originales, queda espacio para que estos componentes gigantes ocupen hasta dos tercios de la locomotora. “Actualmente tenemos hasta 72 baterías a bordo”, dice Bunce. “¡Eso equivale a 72 baterías del tamaño de las de Tesla en un solo vehículo!”
Wabtec diseña y fabrica los paquetes de baterías íntegramente en sus instalaciones ubicadas en Erie, Pensilvania, Estados Unidos. Utiliza celdas de batería provenientes de un proveedor externo, con la capacidad de incorporar diversas químicas de celdas, incluyendo NMC (Níquel Manganeso Cobalto), LFP (Fosfato de Hierro y Litio) y LTO (Óxido de Titanato de Litio). Cada paquete de baterías cuenta con 504 celdas individuales, diseñadas para operar a 350 V por paquete en su nivel máximo de carga, y estas están dispuestas de tal manera que cuatro juntas pueden funcionar nominalmente a 1400 V, ligeramente por encima de los 1350 V requeridos.
“Las celdas de batería que utilizamos están diseñadas para aplicaciones automotrices porque son las que más consumen celdas individuales y, por lo tanto, son las más fáciles de conseguir”, dice Bunce. “El formato que hemos seleccionado está disponible en varios proveedores, con diferentes composiciones químicas y capacidades variadas, y todos ellos cuentan con planes de productos para múltiples generaciones. Así que, a medida que las capacidades y composiciones químicas mejoran, deberíamos notar las ventajas de esos cambios”.
“Todas nuestras baterías se configuran eléctricamente en series y grupos, de modo que podemos aislar los grupos individuales según sea necesario. Suministramos toda esa energía a un bus de corriente continua común, y luego grupos individuales de inversores toman energía de ese bus para controlar cada eje por separado. Dimensionamos y escalamos las baterías en función de la aplicación: nuestro sistema de transporte de carga pesada más grande cuenta con hasta 72 paquetes de baterías, mientras que nuestra configuración Switcher más pequeña tiene 28; en algunos casos, dejamos espacio para poder modificar esas unidades en el futuro si surge la necesidad de mayor autonomía.”
El control individual de los ejes brinda resiliencia inherente ante fallos en cualquier motor o sistema inversor, ya que la energía se transfiere simplemente a otros motores sin afectar el rendimiento de la locomotora. También permite al sistema gestionar el deslizamiento entre los motores, y cada motor de tracción cuenta con su propio sistema de transmisión independiente integrado en el conjunto del motor del eje, en lugar de tenerlo en la cadena de transmisión general, con el fin de maximizar la tracción.
El robusto sistema de baterías añade un peso considerable a la locomotora, pero en este caso —a diferencia de muchos otros vehículos eléctricos donde el peso de las baterías representa una desventaja inevitable que los ingenieros tratan constantemente de reducir— esa masa adicional es una ventaja, ya que contribuye a la tracción entre las ruedas y los rieles. Los vehículos diésel-eléctricos en realidad añaden lastre para incrementar el peso, pero el sistema de baterías significa que se necesita menos de eso para transmitir energía de manera eficaz a los rieles, y el peso del vehículo se maximiza dentro de los límites impuestos por la vía férrea y la infraestructura terrestre.
Seguridad y rendimiento de las baterías
Dada la alta tensión involucrada, la seguridad operativa es una prioridad, y la capacidad de aislar partes del sistema eléctrico antes de trabajar para reemplazar los paquetes de baterías o interactuar con equipos inversores fue un aspecto fundamental en los criterios de diseño. El FLXdrive incorpora un enfoque LOTO (‘Bloqueo y etiquetado’) –una práctica establecida en la industria ferroviaria– que garantiza que el sistema pueda ser aislado y bloqueado físicamente para evitar que cualquier otra persona restablezca la energía mientras se realizan las tareas. Se brinda una seguridad adicional mediante el uso de un sistema de llave atrapada, que exige que los equipos de mantenimiento realicen una secuencia de acciones para aislar y desconectar progresivamente el equipo.
“La seguridad fue un foco principal en el diseño de la locomotora”, explica Bunce. “Invertimos una cantidad considerable de tiempo y esfuerzo en evaluar diversos casos de uso provenientes de diferentes operaciones de servicio, y en comprender no solo cómo podría utilizarse el vehículo como locomotora, sino también cómo los técnicos darán mantenimiento al equipo, cómo reemplazarán las piezas y cómo interactuarán con otras partes del vehículo”.
El caso de seguridad también abarca la necesidad de protección física contra las condiciones extremas a las que suelen estar expuestos los vehículos ferroviarios pesados, que operan a alta velocidad y corren el riesgo de verse involucrados en accidentes graves. Wabtec ha trabajado directamente con clientes individuales para evaluar escenarios de respuesta ante emergencias, combinando su conocimiento en tecnología de baterías con la comprensión que tienen los operadores de su entorno ferroviario específico. Bunce añade: “Hemos diseñado el paquete para que sea robusto, con validación mediante numerosas pruebas de caídas, impactos y vibraciones”.
Mantener la batería a una temperatura de funcionamiento adecuada también es una parte vital del plan de seguridad, además de ser un factor importante para lograr el mejor rendimiento. Para optimizar el rendimiento en ambos casos, Wabtec ha invertido tiempo considerable en desarrollar su propio sistema de enfriamiento a medida. “La tecnología actual requiere que las baterías operen en un entorno con una temperatura nominal de alrededor de 25 grados Celsius”, dice Bunce. “Diseñamos nuestro sistema de gestión térmica de baterías para calentar o enfriarlas y mantenerlas cerca de esa temperatura, utilizando una mezcla en partes iguales de glicol etílico y agua para lograr esta función”.
El sistema, desarrollado por la empresa hermana de Wabtec y que es una tecnología ya existente utilizada en otras aplicaciones de transporte, ha sido adaptado para integrarse en un sistema de locomotoras de carga. Los grupos de baterías están montados directamente sobre una placa de enfriamiento integrada, lo que permite proporcionar refrigeración de forma independiente a cada uno de ellos. Los tubos y canales de enfriamiento nunca entran en contacto con las celdas de batería ni con el sistema eléctrico, lo que garantiza su total aislamiento, y la placa de enfriamiento distribuye ese refrigerante a todas las celdas.
El sistema suele utilizar un circuito por columna, y cada batería individual cuenta con una conexión de desconexión seca que permite separar las baterías sin tener que drenar todo el sistema de refrigeración de la locomotora. Esto permite a los ingenieros de mantenimiento aislar simplemente una batería del sistema de refrigerante, retirarla y reemplazarla, y luego volver a conectar las tuberías de refrigerante para que el sistema vuelva a funcionar.
Para evitar la desestabilización térmica —que es uno de los riesgos más estrechamente vigilados en cualquier sistema de baterías grande— el equipo ha desarrollado una solución pasiva a nivel de las baterías. Bunce explica: “Las locomotoras pasan una cantidad considerable de tiempo en modo de espera o apagado, y en muchos casos las enviamos por todo el mundo. En esas situaciones, no reciben alimentación alguna y el sistema de gestión de baterías no está en funcionamiento.
“Por esas razones, diseñamos nuestro sistema de manera que no dependiera del sistema de gestión de baterías para mitigar las fugas térmicas. Los gases son dirigidos a través de un disco de ruptura y luego fluyen desde el paquete de baterías de forma controlada a través de una chimenea para salir del vehículo. No hay propagación de un paquete a otro porque todo está contenido dentro de cada paquete de baterías individualmente, y aunque el sistema de gestión de baterías aporta valor durante su funcionamiento y puede reducir los incidentes dentro de ese paquete, no constituye un elemento crítico para la seguridad en nuestra estrategia de mitigación de fugas térmicas.”
Gestión de energía
La clave para el funcionamiento de la locomotora eléctrica a baterías radica en su capacidad para captar energía mientras se mueve. Por esta razón funciona tan bien como complemento de las locomotoras diésel-eléctricas en formaciones para viajes de larga distancia. Las locomotoras diésel-eléctricas convencionales de la compañía ya utilizan tracción por corriente alterna, en la cual el frenado dinámico hace que los motores de tracción generen energía eléctrica. Sin embargo, el sistema tradicional simplemente disipa esa energía de frenado en forma de calor a través de redes eléctricas resistivas y soplantes de refrigeración, mientras que el sistema eléctrico a baterías aprovecha esa energía, almacenándola para reutilizarla durante el viaje.
Por supuesto, la cantidad de beneficios que ofrece depende de la operación específica que realice la locomotora FLXdrive, y Bunce explica: “Cada ruta y aplicación es diferente. El trabajo en los depósitos de maniobras obtiene muchos beneficios gracias a las operaciones de arranque y parada, pero incluso en las aplicaciones de transporte de mercancías puede brindar ventajas significativas. El peso y la velocidad del tren, así como el tamaño de la pendiente por la que desciende, influyen en cuánta energía se genera para almacenar; y puede tratarse de una cantidad considerable.”
La clave no es simplemente recuperar energía; se trata de comprender y gestionar cómo y cuándo debe almacenarse o utilizarse. Eso hace que el frenado regenerativo forme parte de una estrategia energética más amplia. La ventaja del ferrocarril es que siempre sigue una línea fija a lo largo de una topografía conocida. Al darse cuenta de esto, Wabtec puede optimizar el funcionamiento a lo largo de la ruta y ha desarrollado un sistema inteligente de gestión energética para FLXdrive que puede planificar el comportamiento de carga y descarga en función de lo que se avecina, buscando aprovechar la regeneración mientras evita cargas innecesariamente intensas.
Conocido como FLXoptimizer, este avanzado sistema de software para la gestión y automatización energética ha sido diseñado específicamente para operar los FLXdrive. Al funcionar como un sistema de control en todas las locomotoras del tren, se basa en la tecnología Trip Optimizer de Wabtec, ampliamente probada y utilizada en los trenes diésel de la empresa. Utiliza funciones estándar como el control de velocidad inteligente impulsado por IA y extiende esta lógica para gestionar de forma inteligente la combinación híbrida de locomotoras diésel y eléctricas.
“Fue alrededor del año 2010 cuando comenzó el desarrollo del sistema de gestión energética, y desde entonces ha ido mejorando y creciendo constantemente”, dice Bunce. “El funcionamiento de una locomotora FLXdrive es esencialmente idéntico al de cualquier otra locomotora diésel-eléctrica: los operadores individuales no toman las decisiones sobre cómo optimizar mejor el consumo de combustible o la velocidad; todo se realiza en segundo plano a través del sistema de gestión energética. Además, ahora también utilizamos la inteligencia artificial de diversas maneras para optimizar aún más lo que ya hemos logrado”.
“Trabajamos con nuestros clientes para comprender los diferentes entornos operativos y cualquier modalidad adicional que deseen, pero todo se gestiona a través del sistema de gestión energética. De hecho, mapeamos cada ruta individualmente al implementar el sistema de gestión energética para el caso de uso específico del tren; así, al inicio del viaje, sabemos exactamente qué estamos transportando, qué locomotoras tenemos, qué cantidad de energía utilizamos y a dónde nos dirigimos.”
“Utilizamos el sistema en configuraciones diesel-eléctricas normales, pero cuando contamos con una locomotora eléctrica a baterías como parte del tren y podemos operar en modo híbrido, elaboramos un plan completo de carga y descarga incluso antes de que el tren salga del depósito. La solución de gestión energética comprende qué ruta seguirá, por lo que se planifica todo para garantizar que la batería nunca llegue al agotamiento total y que se pueda extraer de ella tanta energía como sea posible.”
Aparte de la carga regenerativa, la locomotora eléctrica a baterías cuenta con una solución integrada que permite la carga por conexión estática. El sistema estándar se ha adaptado de una tecnología que se utiliza habitualmente en la industria automotriz, y Bunce continúa: “Los requisitos de carga varían en función de la aplicación, el perfil operativo e infraestructura del cliente, y trabajamos con cada uno de ellos para personalizarlos según sus necesidades.”
“Por lo general, en las operaciones de transporte de carga por vía férrea, la mayor parte de la carga se realiza a través del sistema de frenado regenerativo cuando el terreno lo permite, pero la carga por conexión eléctrica en reposo es útil para locomotoras híbridas o Switcher, donde, al final del turno y cuando la locomotora no está en uso, se puede conectar a la corriente para cargarse durante el tiempo libre. Es muy similar al sistema de vehículos eléctricos y, en algunos casos, recurrimos a un proveedor de carga para vehículos eléctricos para respaldar este proceso.”
Además de esto, la empresa también ha desarrollado una opción de carga rápida en corriente continua específica para trenes, que utiliza un sistema de pantógrafo fijo para obtener energía de las líneas aéreas. Por el momento no tiene la capacidad de utilizarse para cargar mientras el tren se mueve, pero Bunce afirma que Wabtec “espera absolutamente tener esa capacidad” en el futuro. “Obtendríamos energía del sistema de pantógrafo al pasar por debajo de él y la usaríamos para cargar las baterías mientras nos desplazamos, además de alimentar simultáneamente el sistema de propulsión”, explica: “Cuando ya no estemos debajo de la línea aérea, utilizaríamos las baterías para seguir avanzando”.
Alineación de rendimiento
La filosofía del FLXdrive era igualar lo más posible el rendimiento de las maquinarias diésel-eléctricas existentes; sin embargo, no era tan sencillo como reemplazar el motor diésel por una cantidad equivalente de almacenamiento en baterías. A diferencia de una locomotora diésel-eléctrica, donde el motor debe alcanzar cierta velocidad antes de ofrecer su respuesta completa, los primeros desarrollos demostraron que la locomotora eléctrica a baterías podía responder con demasiada rapidez, lo que suponía un desafío inesperado para el operador en comparación con un producto convencional.
Por supuesto, las cifras de rendimiento y autonomía varían según la ruta, pero el objetivo siempre fue desarrollar una gama de soluciones adecuadas para diversas aplicaciones. Bunce explica: “El FLXdrive Switcher está diseñado para funcionar durante un turno completo de ocho horas, basándose en los requisitos típicos de maniobras que tienen nuestros clientes. Por su parte, el FLXdrive heavy-haul puede transportar una milla y media o más de vagones, por lo que su capacidad de autonomía es muy específica según la ruta, el terreno y las condiciones operativas.”
“En general, en una ruta con colinas, la locomotora utiliza su potencia para subir la cuesta y luego el sistema se recarga al bajarla. Una aplicación típica en minería, desde la mina hasta el puerto, implica transportar carga cuesta arriba en una dirección y cuesta abajo en la otra; de este modo se aprovecha al máximo las características del terreno en dicha aplicación.”
Wabtec cuenta con pedidos para todo tipo de operaciones en todo el mundo. Union Pacific recibirá pronto cuatro unidades FLXdrive Switcher para operaciones en los patios de maniobras de California, mientras que Canadian National recibirá una unidad Switcher. En Australia, BHP ha utilizado varias unidades de transporte pesado en la región minera de Pilbara, haciendo que transporten carga completamente cargada cuesta abajo desde las minas del interior hasta los puertos costeros para recargarse por sí mismas durante el descenso.
La pregunta ya no es simplemente si una locomotora eléctrica a baterías puede funcionar; se trata de cómo debe especificarse, respaldarse e integrarse esta tecnología para cada aplicación concreta. FLXdrive 2.0 sigue avanzando en este concepto, permitiendo que la tecnología, el cliente y la infraestructura relacionada aprendan juntos. La tecnología aún se encuentra en una fase inicial de desarrollo, y las mejoras en la capacidad de las baterías y su densidad energética seguirán ampliando en el futuro el abanico de aplicaciones viables.
En última instancia, sin embargo, la electrificación total de las redes ferroviarias está aún lejos de lograrse, y aunque los vehículos eléctricos a batería son muy adecuados para algunas aplicaciones —en particular, el maniobrado y los trabajos en las vías de servicio— las limitaciones de autonomía siguen haciendo que los sistemas híbridos sigan siendo una opción viable en el futuro. Por lo tanto, en un mundo donde la sostenibilidad es una prioridad, Bunce cree que los combustibles alternativos también desempeñarán un papel junto con FLXdrive, a través de una cartera de soluciones en lugar de imponer una única tecnología de reemplazo en todas las redes.
Con ese objetivo, además del desarrollo de su sistema eléctrico a batería, Wabtec ya está explorando tecnologías de combustibles y propulsión alternativos como el biodiésel, el diésel renovable y el gas natural, mientras que el etanol y el hidrógeno se encuentran actualmente en fase de evaluación.
“La tecnología eléctrica de baterías sigue siendo una tecnología emergente y, en última instancia, será necesario contar con una variedad de productos para apoyar a nuestros clientes, incluidos combustibles alternativos, sistemas híbridos y aplicaciones basadas en baterías; todos ellos jugarán un papel importante en el futuro”, dice Bunce. “Cada aplicación tendrá sus propios requisitos, pero ciertamente existen algunas aplicaciones para clientes que se adaptan perfectamente a un futuro completamente eléctrico basado en baterías”.
La locomotora FLXdrive actual es una plataforma de desarrollo, y no la solución definitiva. Los paquetes de baterías se basan en formatos de celdas que pueden beneficiarse de las mejoras que realiza toda la industria de baterías: mayor capacidad, químicas de carga más eficientes y mayor densidad energética, todo lo cual puede aportar mejoras a las locomotoras futuras. El sistema de control también seguirá optimizando el uso de la energía existente, aprovechando los avances inevitables de la inteligencia artificial.
Lo que ya está claro es que la tecnología ha trascendido la pregunta inicial de si las baterías pueden alimentar una locomotora. El desafío ingenieril ahora radica en la escala, la integración, la gestión de energía y el desarrollo de la infraestructura necesaria para operar este tipo de maquinaria. FLXdrive representa varias soluciones a ese desafío: una locomotora diseñada para tener un aspecto y funcionar de manera similar a los equipos ferroviarios convencionales, pero con un enfoque fundamentalmente diferente en cuanto al uso de energía según las diferentes operaciones.
El progreso desde las primeras lecciones híbridas hasta las demostraciones para clientes indica cómo seguirá evolucionando el sistema. La refrigeración ya ha permitido crear más capacidad; la arquitectura de alta tensión ha facilitado el uso de motores de tracción probados; la regeneración ahora puede convertir la energía generada por el frenado en energía almacenada; el software predictivo ha transformado una vía férrea tradicional en un mapa energético; y todo el sistema ha sido diseñado para garantizar la seguridad en su operación y mantenimiento.
Es poco probable que el futuro del transporte ferroviario de mercancías con menores emisiones llegue mediante un cambio tecnológico drástico; es más probable que surja ruta por ruta y aplicación por aplicación a medida que las baterías, el software, los sistemas de carga y los combustibles alternativos mejoren conjuntamente. Bunce concluye: “Cada ruta y cada aplicación tiene sus propias necesidades específicas, y estamos evaluando cada una de ellas para determinar cuáles podrían ser las expectativas a largo plazo.”
“La tecnología de locomotoras eléctricas a batería aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo e implementación. Por lo tanto, a medida que mejore la capacidad de las baterías y nuestro sistema de gestión energética siga evolucionando, creo que tendremos niveles cada vez mayores de autonomía. Continuamente analizamos diseños y nuevas tecnologías para encontrar formas de mejorar la densidad general de nuestro sistema; creo que apenas estamos comenzando.”
Un vehículo versátil y adaptable
Wabtec colabora con clientes individuales en Norteamérica, Sudamérica y Australia para desarrollar locomotoras eléctricas a batería que satisfagan diversas necesidades específicas, desde el transporte local hasta el transporte de minerales a larga distancia. Ningún trabajo es igual en las vías férreas mundiales, por lo que Wabtec ha creado cuatro versiones básicas diferentes de su sistema FLXdrive para atender distintas necesidades.
Los modelos base están diseñados para operar con una vía de ancho estándar de 1435 mm, pero cada uno se adapta para optimizar el rendimiento en diferentes modalidades clave de trabajo ferroviario, como operaciones en depósitos, transporte local, servicio subterráneo y transporte pesado a larga distancia.
Estos modelos base se basan en la plataforma estándar Heavy-Haul de 32 t/eje, con alimentación eléctrica a través de motores individuales para hasta seis ejes motorizados. La frenada regenerativa permite una reutilización crucial de energía, mientras que también cuenta con carga por corriente alterna de 480 V integrada, además de una opción de carga rápida por corriente continua mediante rieles de carga en la parte superior de la locomotora.
Transporte pesado
Se trata de la especificación de mayor capacidad, diseñada para servicio en líneas principales. Por lo general, se utiliza junto con otros motores diésel-eléctricos dentro de un mismo tren.
Potencia (máxima): 3200 kW / 4360 hp
Capacidad de la batería: 7 MWh
Ejes: 6, formato Co-Co
Peso: 461 libras / 209 t
Tamaño: L – 76 ft / 23.2 m; Ancho – 10 ft / 3 m; Altura – 15.5 ft / 4.7 m
Velocidad máxima: 76 mph / 123 kph
Fuerza de tracción
- Modo de arranque: hasta 200 libras-fuerza / 890 kN
- Continuo: hasta 155 libras-fuerza / 690 kN
- Frenado regenerativo: hasta 98 libras-fuerza / 436 kN
Modelo de menor capacidad
Esta versión de menor capacidad está diseñada para trabajos en estaciones y para servicios de transporte local y regional de corta distancia.
Potencia (máxima): 1700 kW / 2280 hp
Capacidad de la batería: 2.7 MWh, tiempo de carga completa: 4–7 horas
Ejes: 6, formato Co-Co
Peso: 417 libras / 189 t
Tamaño: L – 68 ft / 20.7 m; Ancho – 10 ft / 3 m; Altura – 15.5 ft / 4.7 m
Velocidad máxima: 70 mph / 112 kph
Fuerza de tracción
- Modo de arranque: hasta 200 libras-fuerza / 890 kN
- Continuo: hasta 155 libras-fuerza / 690 kN
Shunter
Se trata de la versión de menor capacidad desarrollada hasta el momento, diseñada con una plataforma diferente adecuada para operar en los ferrocarriles de Asia Central.
Potencia (máxima): 700 kW / 940 hp
Capacidad de la batería: 1,2 MWh
Ejes: 4, formato Bo-Bo
Peso: 212 klbs / 96 t
Velocidad máxima: 70 mph / 112 kph
Fuerza de tracción
– Modo de arranque: hasta 83 klbf / 370 kN
Modo dual
Fue desarrollado específicamente para operar en ferrocarriles subterráneos en Europa, con una combinación híbrida a bordo de sistema eléctrico y eléctrico-batería.
Potencia (máxima): 800–1500 kW / 1072–2010 hp (solo batería); 3800–5500 kW / 5095–7375 hp (eléctrico + batería)
Capacidad de la batería: 1,5 o 2 MWh
Ejes: 6, formato Co-Co
Peso: 278 klbs / 126 t
Velocidad máxima: 70 mph / 112 kph
Esfuerzo de tracción
– Modo de arranque: hasta 117 klbf / 520 kN
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