Un nuevo estándar

 

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Resumen

Diseño y producción: ABB AB, Västerås, Suecia.
Aplicación:  trenes monorraíl, vagones para ferrocarriles ligeros, trenes de metro, cercanías y de alta velocidad, así como distintos tipos de locomotoras.
Estructura: con blindaje o sin bastidor.
Potencia desarrollada: 30 – 1.800 kW
Par máximo: 800 – 10.000 Nm
Peso: 300 – 2.700 kg
Velocidad: hasta 6.000 rpm

ABB es una empresa líder mundial en tecnologías de automatización y energía. El grupo tiene cinco divisiones y está presente en 100 países, con 117.000 empleados. Su sede central está ubicada en Zurich, Suiza.

 

Un concepto modular de ABB está ya disponible en el mercado de motores ferroviarios. Este nuevo motor, optimizado y basado en módulos estándar, puede adaptarse a especificaciones individuales en menos tiempo que los diseños tradicionales.

 

 

Los motores de tracción ferroviarios tienen un trabajo duro. No sólo deben soportar condiciones de uso difíciles, como ciclos de trabajo intermitentes, cargas variables, condiciones meteorológicas cambiantes, polvo y suciedad, sino que deben seguir haciéndolo de forma energéticamente eficiente durante una vida útil que puede prolongarse hasta 40 años.

Por eso, algunas especificaciones tienen requisitos contradictorios que pueden resultar difíciles de compatibilizar, y no es de extrañar que muchos fabricantes de locomotoras, tranvías y metros hayan optado por recurrir a diseños exclusivos para sus motores.

ABB, fabricante de motores ferroviarios desde 1909, vio una oportunidad de romper con esa tradición. «Vimos que podíamos ser competitivos y crecer en este mercado», dice Peter Isberg, jefe técnico para motores de tracción. «El reto era subir el listón, crear una nueva estandarización y flexibilidad en el diseño de los motores».

Isberg habla de esta ambiciosa meta con una naturalidad que transmite una gran confianza en su capacidad técnica y la de sus colegas de ABB. El proyecto fue aprobado en 2007. La gran pregunta fue: ¿cómo cumplir con la serie de requisitos de los clientes con motores de inducción estandarizados?

«Cada cliente tiene su propio diseño de bogie, con un espacio ya establecido para el motor», dice Isberg. «Los proveedores tienen que hacer encajar el motor en el espacio disponible al tiempo que cumplen con todas las especificaciones».

Isberg y su equipo se propusieron desarrollar un diseño eléctrico que ofreciera la máxima eficiencia energética. «Nos permitiría hacer un motor compacto capaz de producir una gran potencia y par motor de forma eficiente», dice Isberg.

Cuanta más potencia se extrae de un motor eléctrico, menor es la eficiencia debido al aumento de la temperatura en las piezas activas. Una solución es aumentar el tamaño del motor, pero eso iría en contra del objetivo del proyecto. Por lo tanto, el equipo se centró en optimizar el diseño eléctrico.

Uno de los problemas importantes era el comportamiento térmico del motor cuando lo alimenta un convertidor de frecuencia de tracción, un dispositivo que convierte la corriente alterna o directa en impulsos rectangulares de frecuencia variable, permitiendo así controlar la potencia desarrollada por el motor. El convertidor y el motor deben diseñarse como un sistema basado en las características operativas de una determinada aplicación ferroviaria. ABB tiene su propio software de diseño basado en el MEF que, al combinarse con otro software de diseño térmico, puede predecir con precisión la temperatura del motor durante su uso.

Un convertidor también puede crear tensión en el punto de conexión de las fases en el devanado del motor (tensión de modo común), lo que plantea a su vez otro reto técnico: la corriente en los rodamientos (cuando una corriente eléctrica dañina pasa a través de un rodamiento).

«Nuestro trabajo es informar al cliente sobre el riesgo de corrientes en los rodamientos, proponiendo una solución técnica que sea segura», dice Henrik Carlsson, jefe de proyecto. «En este caso, hemos elegido rodamientos híbridos».

Los rodamientos híbridos están provistos de aros de acero y elementos rodantes de cerámica que desempeñan la función de aisladores. De este modo, es prácticamente imposible que una corriente pueda pasar a través de un rodamiento en condiciones de uso normales. Además, los intervalos de relubricación son significativamente más largos que con rodamientos de acero.

«Esas dos ventajas bastaron para hacernos elegir esta solución», dice Carlsson.

Aunque los rodamientos híbridos sean más caros, el coste global para la empresa ferroviaria es menor, al ser más fiables y menos propensos a fallos. Los motores se colocan en el bogie y desmontarlos por mantenimiento puede requerir que los operarios primero tengan que separar el bogie del vagón.

En nuestra visita por el taller, que está muy ordenado, Carlsson discute amistosamente con uno de los camioneros. La atmósfera de trabajo parece profesional pero informal, sensación que se refuerza con el tamaño de la planta. Las instalaciones parecen demasiado pequeñas para una producción de más de 3.000 unidades al año.

Nos detenemos frente a un motor en proceso de montaje para ver los módulos estandarizados: la colocación de las cajas de bornes, la disposición de sensores y de refrigeración, la fijación de soportes y, sobre todo, el diseño adaptable. ABB se ajusta a una serie de especificaciones de clientes con un solo diseño básico.

«Será emocionante ver funcionar los primeros trenes con los motores de esta nueva plataforma», dice Lars Fredrikson, que trabaja en marketing y ventas para ABB.

El nuevo motor se estrenará en 2011 en la capital de Venezuela. El cliente es el fabricante español CAF/Trainelec, que instalará 1.100 motores de tracción modular en los trenes del Metro de Caracas.

«Nos han seleccionado como su nuevo proveedor de motores», dice Fredrikson. «Hay otros fabricantes de motores y la competencia es intensa. En este caso, fueron factores determinantes el robusto diseño y el plazo de entrega ajustado hecho posible por el diseño modular».


Más durabilidad con rodamientos híbridos SKF

Cuando ABB decidió desarrollar un prototipo de motor de tracción modular, la empresa acudió a SKF en busca de soluciones para los rodamientos.

Dos objetivos importantes del proyecto fueron reducir los paros por averías eliminado el paso de corrientes dañinas a través de los rodamientos, y minimizar los costes de mantenimiento con intervalos de relubricación más largos. ABB también quería reducir la gama de rodamientos para beneficiarse de precios más bajos con volúmenes de venta mayores a largo plazo.

Las dos empresas optaron por una disposición de rodamientos flexible que llevó a elegir una selección de rodamientos híbridos SKF para los motores de ABB.