JOHN COCKERILL presenta su locomotora híbrida DEH-BB

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Juan Broseta (*)

La novedosa locomotora hibrida presentada por John Cockerill supone gran un avance en el sector por ser menos contaminante al reducir la emisión de CO2 al medioambiente. Característica tales como la eficiencia de trasmisión, optimización del funcionamiento del motor diésel (a nivel de potencia), recuperación de energía de frenado y optimización de su motor diésel (a nivel de velocidad), hacen ella la versión más eficiente, sostenible y respetuosa con su entorno que existe hoy en el mercado. 

CARACTERÍSTICAS DE LAS LOCOMOTORAS

Esta locomotora híbrida de 4 ejes, reduce el consumo de combustible y por tanto las emisiones de CO2 y reduce los costos operativos.

Veamos:

LOCOMOTORA

  • Tipo DEH-BB
  • Disposición de ejes: BoBo
  • Número de cabinas de conducción: 1
  • Potencia nominal (diésel + baterías): 400 + 260 (opción 520) kW
  • Carga por eje: 20 toneladas
  • Peso total locomotora: 80 toneladas.
  • Tracción múltiple Opción

TRACCIÓN

  • Velocidad máxima de locomotora: 100 km/h
  • Fuerza de tracción máxima al arranque: 240 kN
  • Fuerza de tracción a 100 km/h: 15,1 kN

PAQUETE DE BATERIAS

  • Nb de módulo básico: 2 (4 en opción).
  • Vmáx 850 Vcc
  • Vmín 667 Vcc
  • Potencia continua: 260 kW (520 kW en opción).
  • Energía útil (Principio de Vida) 80 kWh (160 kWh en opción)
  • Energía Instalada (Inicio de Vida) 100 kWh (200 kWh en opción).
  • Tecnología: Li-Ion

MOTOR DIESEL

  • Proveedor: Por definir Scania, Caterpillar)
  • Potencia nominal: 400 kW
  • Número de cilindros: 6
  • Disposición de pistones: en línea.
  • Velocidad de ralentí bajo: 750 rpm
  • Velocidad máxima: 2100 rpm
  • Emisión de gases: Stage V según 2016/1628 EU

MOTORES DE TRACCIÓN 

  • Referencia TFM 64-44-6
  • Tipo asíncrona AC
  • Nº de polos 6
  • Número de motores de tracción 4
  • Tensión nominal 710 Vca
  • Par máximo 7910 Nm
  • Sistema de refrigeración Aire
  • Relación de transmisión 4,7895

COMPRESOR 

  • Proveedor: Atlas Copco
  • Tipo : GAR30
  • Nº de cilindros: compresor de tornillo
  • Sistema de refrigeración: Aire
  • Caudal de aire a velocidad nominal: 3600 l/min
  1. Rendimiento de la cadena de transmisión

Gracias al uso de motores asíncronos tenemos por un lado un rendimiento medio muy bueno al nivel de los motores de tracción y no tenemos una degradación catastrófica del rendimiento a bajas velocidades, a diferencia del motor DC. Se consigue una eficiencia de entre el 94 y el 96% en un amplio rango de funcionamiento (25 a 100 km/h) ya baja velocidad, los motores de tracción mantienen una eficiencia del 83%. Este bajo nivel de pérdidas a bajas velocidades también permite no tener noción de «velocidad continua mínima» y poder proporcionar el máximo esfuerzo de tracción sin sobrecalentamiento desde el arranque de la locomotora. 

  1. Optimización de las velocidades de operación del motor diésel.

En una locomotora híbrida, la potencia demandada al motor diésel y su velocidad de rotación están disociadas de las condiciones de uso de la locomotora. De hecho, si la potencia solicitada a la locomotora es baja, a diferencia de una locomotora convencional, el motor diésel se puede parar y las baterías suministran la energía. Esto evita el funcionamiento del motor diésel a baja carga lo que repercute en el aumento del consumo de combustible. Podemos ver en el gráfico siguiente el aumento del consumo con la disminución de la potencia solicitada. Ex 230 gr/kW/h a =/- ¼ de potencia máxima frente a 193 gr/kW/h al 100% de potencia.

Por otro lado, algunas transmisiones requieren alcanzar la velocidad máxima del motor diésel para alcanzar la velocidad máxima del vehículo. En el contexto de una transmisión eléctrica, la velocidad del diésel no está ligada a la velocidad del vehículo. Por lo tanto, la velocidad del motor diésel se puede elegir en su velocidad de funcionamiento óptima.

  1. Recuperación de energía.

Un freno eléctrico está naturalmente disponible en este tipo de vehículo. La energía recuperada por este freno y enviada a las baterías de tracción. La energía cinética y la energía potencial se pueden recuperar. Si el valor de la energía potencial permanece bajo, en ciertas aplicaciones la energía potencial puede ser muy importante.

  1. Redimensionamiento de motores diésel.

Al contrario de una aplicación clásica donde la potencia del motor diésel se determina en relación con la potencia máxima que deberá proporcionar la locomotora, en los vehículos híbridos la potencia del motor diésel se determina más bien en función de la potencia media que debe proporcionar la locomotora. Las mayores demandas de potencia se aseguran entonces mediante la adición de la potencia del motor diésel y las baterías. Esta disminución en el tamaño del motor diésel es particularmente marcado para las aplicaciones de tipo «maniobra». En la aplicación de maniobras, es evidente que la máxima potencia del motor diésel se solicita principalmente en las fases de aceleración y que el resto del tiempo el motor diésel se solicita más débilmente.

Reducir el motor diésel también ahorra costos de mantenimiento del motor.

A  modo de conclusión:

Poner números junto a estos diferentes ejes no es fácil y depende en gran medida de la locomotora con la que comparemos la locomotora híbrida (Loco AC/AC o AC/DC) y el uso que se haga. Como primera aproximación, podemos decir esto:

 

Ahorro de combustible Nota
Eficiencia de transmisión 10 – 25% Depende del tipo de transmisión que se tome como referencia. (25% para transmisión de tipo hidrodinámico)
Optimización del funcionamiento del motor diésel, a nivel de potencia 18% Depende del ciclo de carga. Las aplicaciones de tipo maniobra son particularmente sensibles a este factor
Optimización del funcionamiento del motor diésel (a nivel de velocidad). 5%
Recuperación de energía de frenado Variable Esto depende de la topología de la red y las cargas remolcadas.

 

(*) Juan Broseta es Dr. Ingeniero Industrial

Presidente de MECTRA

www.mectra.net

www.johncockerill.com/services