Ensaios na linha de Sintra confirmam o potencial da modernização low-cost do sistema de tração

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1 Tradução do artigo publicado na Railway Gazette (edição de março 2016) Ensaios na linha de Sintra confirmam o potencial da modernização low-cost do sistema de tração O serviço comercial suburbano em Lisboa de uma unidade quadrupla elétrica (UQE) equipada com um conversor modernizado com tecnologia IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), confirmou o potencial para aumentar a sua fiabilidade e poupar energia por uma fração dos custos da substituição de uma unidade de tração completa. Nick Kingley, Amadora (Legenda: UMEs das séries 2300/2400 da CP com equipamento de tração da Siemens operam as linhas que ligam Sintra às estações do Rossio e do Oriente, em Lisboa) (Subtítulo em caixa: 12,5% - Poupança de energia conseguida pela conversor modernizado a IGBTs relativamente ao conversor a GTOs durante os ensaios em serviço) No dia 27 de Janeiro o compartimento/cofre do equipamento de tração de uma UME Série 2300/2400 utilizada pela CP na linha Lisboa-Sintra foi entregue numa oficina da EMEF na Amadora, nos arredores de Lisboa. O cofre continha um conversor de tração e respetivo equipamento de controlo, mas havia uma prateleira vazia, da qual o operador já tinha retirado os módulos do antigo conversor de tração a tecnologia GTO. Esta é a segunda unidade de tração a entrar em serviço comercial enquanto parte do projeto de modernização Lusogate, destinada a equipar a frota da linha de Sintra com tecnologia de tração IGBT por cerca de um terço do custo de um processo de modernização convencional substituição integral de todo o equipamento. As instalações da Amadora são a sede da EMEF, a empresa de manutenção da operadora nacional CP, mas grande parte do complexo foi a antiga fábrica da extinta Sorefame, que montou material circulante para Portugal e vários outros mercados internacionais até 2005 e onde atualmente funcionam também várias empresas de sectores não ferroviários. As instalações da EMEF acolhem igualmente a Nomad Tech LABFER/NT POWER, um departamento de eletrónica de potência, que faz parte da Nomad Tech, joint venture entre a EMEF e a Nomad Digital; a Nomad Tech também presta serviços de manutenção centrada na fiabilidade e fornece ferramentas de monitorização remota online (NT Maintain) (RG 2.14 p60) e de eficiência energética (NT Eco). No cerne do modelo de negócio da solução NT Power está a modernização dos conversores de tração a GTO (tecnologia obsoleta) por tecnologia IGBT, uma abordagem de baixo custo que irá influenciar o comportamento deste mercado.

2 Isto é inovação disruptiva em ação, insiste Costa Franco, Diretor-Geral da Nomad Tech. A nossa estratégia de negócio é clara. Somos capazes de oferecer aos operadores um retorno imediato do investimento. A Nomad Tech tem vindo a trabalhar na conceção do seu conversor de tração modificado desde 2010, após a CP ter pedido à EMEF que encontrasse uma alternativa mais barata para renovar todo o conjunto de conversores de tração da frota da linha de Sintra. Costa Franco descreve genericamente a forma como o trabalho inicial realizado no conversor modernizado a IGBTs foi levado a cabo pela EMEF em parceria com a CP e a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, antes da CP ter escolhido a Classe 2300/2400 de UMEs para ensaiar o equipamento Lusogate. Não mudem tudo Dado que tanto os modernos semicondutores IGBTs se encontram facilmente no mercado da eletrónica, o desafio com que a NT Power se viu confrontada foi de como incorporar a montagem da tecnologia IGBT, minimizando ao mesmo tempo a necessidade de adaptar o software de comando de tração existente no comboio. Na mesma linha de pensamento, a Nomad Tech estava decidida a assegurar que as modificações não provocassem a alteração da compatibilidade eletromagnética ou dos padrões de interferência harmónica para com a catenária e sinalização. Otimizar a metodologia para o projeto de modernização levou tempo passaram-se quase cinco anos desde o início de projeto até que o comboio protótipo entrasse em serviço normal na linha de Sintra. No entanto, Costa Franco insiste que se tratou de tempo bem gasto, já que permitiu à Nomad Tech fazer ensaios extensivos para demonstrar a característica mais marcante desta abordagem: não há necessidade de um processo de homologação extenso, à semelhança de outros projetos nesta área. O processo de homologação vem bastante simplificado, dado a estratégia tecnológica seguida. Normalmente, quando um fabricante de equipamento original (OEM) aborda um operador, propõe a renovação integral do sistema/conversor de tração. Por definição, isto obriga a requerer novamente a certificação do gestor de infraestruturas e da autoridade de segurança competentes, observa Costa Franco. Nós desenvolvemos, pelo contrário, uma opção não intrusiva. O Diretor-Geral da Nomad Tech para o Material Circulante & Engenharia de Manutenção, Nuno Freitas, acrescenta que tivemos de convencer a REFER (atualmente Infraestruturas de Portugal) de que os parâmetros-chave da autorização não tinham mudado. Responderam-nos que nós acreditamos em vocês, mas, mesmo assim, temos de verificar. Aqui o papel da REFER e FEUP foram preponderantes para o sucesso do projeto.

3 Poupança de energia No dia 1 de Março, o primeiro comboio modificado da série 2400 completou um ano de serviço comercial. A UQE de quatro carruagens, alimentada a 25 kv/50 Hz, dispõe de um par de conversores de tração, dos quais um está modernizado com tecnologia IGBT e o outro mantém a anterior tecnologia a GTO. A CP e a REFER solicitaram um ano de operação, que incluísse a operação sobre o calor do Verão e também para lhes garantir a possibilidade de fazerem uma comparação significativa entre os dois conversores de tração montados num único comboio, explica Nuno Freitas. Os ensaios em serviço já estão a gerar benefícios tangíveis, nomeadamente uma poupança de 12,5% de energia da unidade de tração a IGBTs relativamente à unidade a GTO, em condições idênticas de exploração. A Nomad Tech conseguiu igualmente instalar um sistema/equipamento de diagnóstico remoto em tempo real enquanto parte do projeto de modernização, o que significa que o sistema de tração pôde ser levado para um regime de manutenção sob condições. Dado que o equipamento de controlo não foi alterado, a unidade IGBTs está a funcionar na mesma gama de frequências que a unidade a GTOs. Nuno Freitas admite que isto significa que não está a ser utilizada a capacidade total da tecnologia IGBT, pelo que significará que o tempo de vida da unidade de tração pode ser substancialmente alargado, visto que o conversor a IGBTs é também mais leve e menos complexo em termos elétricos do que o conversor a GTO. Costa Franco acredita que, para além de proporcionar a possibilidade de modernizar uma frota por cerca de um terço do custo frequentemente praticado pelos fabricantes de equipamentos originais, a Nomad Tech pode oferecer um retorno imediato do investimento, já que permite ao operador ficar imediatamente com um conjunto de módulos (subequipamentos) GTOs de reserva, reduzindo-se assim os custos de manutenção e os tempos de imobilização dos veículos ainda não modernizados. Não há concorrência no mercado dos OEMs, daí não haver pressão sobre os preços, acrescenta. Os grandes fornecedores gostam de preparar o terreno para uma renovação intercalar aumentando o preço dos componentes inclusive dos obsoletos e insistindo que o operador tem de adquirir conversores inteiramente novos. A Nomad Tech acredita que os ensaios da linha de Sintra demonstraram cabalmente que existe uma opção substancialmente mais barata e mais rápida. A joint venture pretende agora otimizar o procedimento para que futuras modernizações não levem mais do que seis meses desde a conceção até à entrada em serviço comercial. O futuro apontará para a utilização de uma abordagem plug-andplay (ligar-e-usar), ou seja a instalação do novo conversor será feita durante os períodos de manutenção de rotina dos veículos.

4 Foi uma aprendizagem difícil até chegarmos aqui, admite Costa Franco. Mas, no futuro, deverá levar menos de um ano para chegar da conceção até ao serviço comercial. E o mercado é potencialmente enorme uma oportunidade que se avizinha e que a joint venture está a estudar é o concurso para a modernização dos conversores de tração de 475 locomotivas com unidades de tração IGBT em que o operador já estipulou que quaisquer trabalhos de modernização não deverão implicar a re-homologação das locomotivas. (Legendas: À direita: Nas instalações principais da EMEF, a Nomad Tech criou um banco de ensaios a partir de componentes já existentes. Um motor de tração universal é alimentado por um inversor de fase única para replicar as condições de controlo às quais os módulos de tração estão submetidos. À direita, em baixo: Técnicos trabalham nos produtos Lusogate no laboratório da Nomad Tech na Amadora. Em baixo: Um segundo módulo de energia Lusogate IGBT está a ser montado na UQE de ensaio no final de Fevereiro de 2015; A Nomad Tech diz que o atual sistema de comando de tração é fiável e pode ser mantido. (Caixa segunda página) REDUÇÃO DE CUSTOS Duas fases da poupança de energia A joint venture Nomad Tech tem também vindo a explorar técnicas de poupança de energia em linhas eletrificadas da CP a norte do Porto. Tal como com os métodos de telemanutenção e diagnóstico remoto desenvolvidos com significativa intervenção do pessoal das oficinas, a Nomad Tech revela ter posto os maquinistas da CP na primeira linha da sua iniciativa de poupança de energia. A EMEF começou a estudar formas de reduzir os custos de energia da CP em 2009, no auge da crise financeira que o país atravessou. Desde então, a EMEF e, mais recentemente, a Nomad Tech desenvolveram uma metodologia em duas fases centrada em influenciar o comportamento dos maquinistas, e não na imposição de novas tecnologias. Um terço do consumo de energia de um comboio é causado pelos sistemas auxiliares, explica Hélder Ribeiro, responsável pelo Departamento de Engenharia de Software & Eletrónica de Potência da Nomad Tech. A primeira fase do nosso trabalho com a CP concentrou-se em sensibilizar os maquinistas a implementarem certos procedimentos no seu dia de trabalho, por exemplo ativar o modo de baixo consumo de energia nos comboios durante o seu parqueamento entre serviços e durante a noite. Outras questões tratadas passam pela utilização de iluminação e ar condicionado durante as operações de limpeza dos comboios.

5 Mostrámos o impacto de manter o equipamento de climatização a funcionar em todos os veículos de um comboio enquanto o mesmo está a ser limpo por uma única pessoa. Isto não é eficiência energética. A utilização de dados reais do equipamento embarcado de aquisição e diagnóstico da Nomad Tech significa que o impacto das diferentes ações do maquinista pode ser otimizado e utilizado em sessões de formação; Hélder Ribeiro observa que a CP registou poupanças de energia de 9,3% em ambiente real. A primeira fase da política da NT Eco está atualmente a ser utilizada diariamente pela CP no seu Depósito de Tração de São Bento; a segunda fase tem vindo a ser desenvolvida desde Trata-se de um sistema de apoio à condução (DAS), explica Hélder Ribeiro, mas um DAS centrado na componente humana. A Nomad Tech desenvolveu inicialmente uma ferramenta estática, em vez de um DAS dinâmico ou ligado, que o maquinista gere através de um tablet portátil, em vez de um dispositivo montado na cabina. Os perfis de velocidade e tração utilizados para apoiar o maquinista baseiam-se no horário do serviço comercial, mas contamos com uma considerável ajuda da equipa de Tração para finalizar a aplicação. Cerca de metade da interface surgiu de sugestões dos próprios maquinistas, diz Hélder Ribeiro. Além disso, a CP solicitou funcionalidades adicionais, tais como maior informação de localização para auxiliar os maquinistas quando encontram situações de nevoeiro, ocorrência que é comum na região do Porto. Os maquinistas podem também intervir para repor o funcionamento do DAS aquando da ocorrência de fatores externos, por exemplo para refletir paragens não previstas. O equipamento embarcado da Nomad Tech regista informações como a velocidade atual, a tração solicitada e os dados de travagem regenerativa, bem como os consumos de energia, que são depois utilizados na formação dos maquinistas. A Nomad Tech crê que a segunda fase poderá gerar poupanças de energia da ordem dos 7 a 15%, como se pôde verificar através dos serviços realizados ao longo de quatro meses com quatro UMEs no Verão de Idealmente, estamos a prever um retorno muito rápido do investimento, afirma Costa Franco, o Diretor-geral da Nomad Tech, que reitera que as ferramentas NT Eco foram desenvolvidas de baixo para cima, trabalhando com os próprios maquinistas, e revela que poderá haver colaboradores da CP a acompanhar a Nomad Tech quando esta fizer a demonstração do produto a potenciais clientes.