Tradução do artigo

EMEF – Empresa de Manutenção de Equipamento Ferroviário, S.A
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)
12,5%
(Subtítulo em caixa:
- 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.
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“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.
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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.
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“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.
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“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.