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.
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.
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.
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.
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 2013. 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 2015. 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.