SERVICIO DE CONVERSION ELECTRICA DEL TAD
SANTIAGO DEL ESTERO 2 Dic (Mis Dias en la Via)....-El presente informe tiene por finalidad de presentar una breve descripción del Servicio “Conversión a Motorización Eléctrica del Tren Al Desarrollo (TAD)” realizado por el Instituto de Tecnologías Aplicadas (ITA), dependiente de la Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías de la Universidad Nacional de Santiago del Estero.Este servicio tenía por finalidad reemplazar el sistema de motorización del TAD, que funcionaba a través de un motor Diesel, reemplazando el mismo por un motor eléctrico, alimentado a través de un sistema de baterías de Litio.
Elrequerimiento de este servicio surgió del Gobernador de la Provincia, Dr. Gerardo Zamora, durante la presentación de la Conversión realizada por FCEyT - UNSE sobre un Utilitario Renault Kangoo, a través del Proyecto Nacional PFI 2021 - CONVE-2021-105507334-APNSSFCTEI#MCT – “Adopción de tecnologías para re-conversión de vehículos de combustión interna a eléctricos e instalación de puntos de carga”, el pasado 9 de Julio del 2022.
Al realizar esta presentación al Sr. Gobernador y, haber conducido personalmente la Kangoo convertida, destacando las bondades de las condiciones de funcionamiento, y nos solicitó la realización de la conversión de una de las unidades del tren al Desarrollo, las cuales funcionaban con un sistema de motorización Diesel, poniendo además como condición que la conversión de una de las unidades debía estar terminada para los primeros día del mes de Octubre ya que quería ser presentada y funcionando esta para la edición latinoamericana de Smart City Expo, que se desarrollaría los días 12, 13 y 14 de octubre en el Nodo Tecnológico de Santiago del Estero.
El Rector de la UNSE, Ing. Héctor Paz, se comprometió con el Gobernador a llevar adelante este servicio a través del Equipo del ITA, que realizo el Proyecto de conversión de la Reanult Kangoo, siendo por lo Tanto la Unidad Ejecutora de este Servicio el ITA
Este servicio, tenía la particularidad de que la provisión del equipamiento fundamental para la conversión (Motor eléctrico, Baterías de Litio, controladores, y accesorios de conversión) iban a ser provistos por el Centro Tecnológico Aeroespacial (CAT) dependiente de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), para lo cual se realizó un Convenio entre la UNSE y la UNLP para la provisión del Equipamiento específico y el Asesoramiento y Viáticos de personal de la UNLP .
EL TREN AL DESARROLLO ( TAD)
El TAD es un sistema ferroviario de trocha métrica , que consta de dos unidades TECNOTREN, de tres vagones der pasajeros , que funciona con un motor diésel de 1,9 lts, aspiración normal, de 68 HP, que cuenta con una caja de cambios automática, la cual a través de dos cardanes mueve con un sistema de transferencia, dos ejes del vagón central del tren.
Cabe acotar además que todo el sistema de frenos, amortiguación, sistema de puertas, aceleración , etc. Son neumáticos, alimentados a través de un compresor de aire que se encuentra instalado con un sistema de correa sobre el eje del motor diésel.
Por otra parte, el TAD cuenta con dos cabinas de comando en ambos extremos del tren, las cuales se utilizan de acuerdo en la dirección que se movilizará el tren.El recorrido total del TAD es de unos 8,5 km, sobre los cuales se encuentran 4 estaciones de acceso, dos Terminales – FORUM y LA BANDA - y, dos intermedias – JARDIN BOTANICO y NODO TECNOLOGICO.
El funcionamiento normal en días hábiles es de 7:00 a 21:00 hs, teniendo una duración cada recorrido total ( ida y vuelta ) de unos 50 minutos.
La velocidad máxima desarrollada por el tren es de 40 km/h limitada por la habilitación propia del tren.La siguiente imagen muestra el recorrido y las estaciones del TAD
LA CONVERSION
Inicialmente se realizó un relevamiento del sistema de tracción del TAD , el cual como se indicó anteriormente era un motor diesel de 1,9 lts y 68 HP con una caja Automática.
Este sistema de tracción es extraíble, es decir, que ante fallas o mantenimiento que se requieran, se puede sacar el modulo de tracción para solucionar los problemas afuera, contando además con otro modulo idéntico, de manera de poder reemplazarlo en el menor tiempo posible y poder dar continuidad al servicio.
Imágenes del Módulo de TracciónPara realizar la Conversión,se nos entregó dos bastidores, uno completo con motor y otro vacío para usarlo en la conversión.A este bastidor se le realizaron modificaciones y las mediciones dimensionales correspondientes para poder continuar con la metodología de poder retirar el sistema de tracción para el mantenimiento o reparaciones, pudiendo además volver a instalar el sistema de tracción diésel en caso de que se requiera.
Uno de los primeros problemas a subsanar fue el tema de la caja de cambios automática ya que cuenta con un convertidor de par que requiere presión hidráulica de aceite para su normal funcionamiento, por lo que el motor debe estar girando previamente.Como el nuevo sistema de motorización eléctrico, funciona solo cuando se requiere que el tren se mueva, el sistema de caja automática no funcionará, motivo por el cual se debió reemplazar la caja automática por una caja manual, la cual es acorde para la potencia que entregará el motor eléctrico, acoplando la Caja manual con el Motor eléctrico sobre el bastidor y realizando los ajustes de las medidas para poder instalar el módulo.
Además, se tomó la decisión en base a las dimensiones y pesos del módulo viejo y del nuevo módulo que se instalaría, de que el nuevo módulo tenga incluido aparte del motor y caja, todo el sistema de batería de Litio y el sistema de control, carga de las baterías, y accesorios, en ese módulo único.Para esto se realizó un trabajo construcción y adaptación del modulo viejo para poder instalar todo el equipamiento para el funcionamiento del motor.
En las siguientes imágenes se muestran los pasos de la adaptación del modulo para soportar el sistema de tracción eléctrica completo, en base al bastidor que se nos entregó
Soporte para baterías
Otro Inconveniente que se debió solucionar fue el sistema neumático del tren, puesto que al no contar con el viejo compresor de aire que se encontraba acoplado al motor Diesel, se debió desarrollar un sistema independiente de compresión de aire, a través de la instalación de un sistema de baterías de plomo – acido de 48 V y 300Ah, el cual alimentaba un inversor / cargador de 3500W, que contaba con una salida de 220 V que permitía el funcionamiento normal de un motor monofásico que accionaba al compresor.Un inconveniente que se observaba era el alto consumo del compresor y el ruido propio del compresor que era importante, realizando pruebas con distintas alternativas, quedando como ultima alternativa, la adaptación del mismo compresor (realizando la adaptación del sistema de lubricación y refrigeración), logrando una reducción sustancial de los niveles de ruido.
SISTEMA DE TRACCION ELECTRICA
Como se indicó anteriormente, el sistema de tracción eléctrica fue suministrado por La UNLP a través del Centro Tecnológico Aeroespacial (CTA-UNLP) . Dicho equipamiento cuenta
con:
- 1 – Motor HPEVS AC51 de 66 kW – 144V
- 1 – Controlador Curtis para controlar el motor AC51
- 1 – Conjunto de accesorios para hacer funcionar el sistema (rele, resistencia de
precarga, harness, visor de estado)
- 46 – Celdas LiFePO4 GBS de 3.25 V y 200Ah de capacidad nominal
- 1 – Cargador AC de 6.6 kW (onboard)
- 1 – DC - DC de 144 – 12/24 Volts DC
- 1 – BMS ORION 2 para 48 celdas
- Conjunto de piezas especiales de aluminio para refrigeración de motor y controladora
Además contamos con la asistencia técnica y programación del equipamiento provisto
por la UNLP
Con este equipamiento se procedió inicialmente a realizar una prueba de funcionamiento y así verificar y controlar el desempeño del equipo, realizando mediciones de parámetros, así como la programación inicial del sistema de control
Ya con el sistema de tracción eléctrica probado, se procedió a la instalación dentro del bastidor
Con todo el equipo instalado en el bastidor, se realizó una última prueba del funcionamiento del sistema eléctrico de tracción para posteriormente instalarlo en el TAD Ya con el Bastidor y el sistema de tracción instalado en el tren, se realizaron las primeras pruebas de funcionamiento del Tren convertido, controlando los parámetros de funcionamiento y realizando los ajustes correspondientes para optimizar el funcionamiento, el cual cuenta además con un sistema de freno regenerativo que aprovecha el frenado para recargar las baterías.
Este sistema de freno regenerativo, permite además optimizar el uso del aire del sistema de frenos, optimizando el consumo del compresor.
Equipo de Trabajo ITA – UNSE / TADDe las pruebas realizadas, se logró observar una muy buen aceleración (ya que el torque del motor eléctrico es elevado y prácticamente constante de 0 a las 4000 rpm del motor.De las mediciones preliminares realizadas, se determinó que aproximadamente la autonomía del TAD es de unas 4,5 hs. Hay que considerar que no se trata de un vehículo común ( auto o camioneta) sino de un tren que tiene un peso de unas 12 tn, requiriendo por ello mayor energía para su funcionamiento.
La potencia del motor es correcta (Unos 80HP), logrando en las pruebas una velocidad máxima de 42 km/h , acorde a la homologación del tren Referente a la autonomía, la misma quedó por debajo de lo estimado, algo razonable teniendo en cuenta de que se trata de un tren. Esta autonomía se puede ampliar instalando una mayor cantidad de baterías (con dos módulos más idénticos a los instalados llegaríamos a un funcionamiento de las 14 hs estipuladas en el funcionamiento diario).
El Dia 12 de Octubre, se realizó el viaje inaugural con la presencia del Sr. Gobernador de la Provincia, mientras que el dia 14 de octubre, se realizó otra recorrida de Sr. Gobernador, con los Gobernadores de Norte Grande, quedando satisfechos con el funcionamiento del Tren y el logro realizado por la Provincia y la UNSE.
ANALISIS PARCIAL DE RESULTADOS
Para el control de los consumos, se instaló un punto de carga en la Estación NODO, a la cual se le agregó un medidor inteligente, el cual registra los perfiles de los distintos parámetros eléctricos así como la energía para cada fase. Como cuenta con un sistema de baterías de Litio ( LIFEPO4) para tracción y un sistema de baterías Plomo/ acido para el sistema neumático del tren, una fase registra los consumos del Cargador de las de litio y el Otro las de plomo.
El siguiente gráfico muestra la energía diaria que se consumió para cargar cada uno de los sistemas de almacenamiento de energía
Como se puede ver, la energía consumida desde el 1/10 al 26/10 fue de 528,52 kWh.
Si tomamos un costo promedio de energía de $15,7 /kWh para un cliente tarifa T3,el costo en esos 26 dias fue de $8.292,48.
Si comparamos con el consumo estimado de los dos viajes diarios y, tomando como referencia un consumo diario de gasoil de 60 litros, tendremos que a un costo de $180 litros el litro de gasoil, un gasto en esos 26 dias de $40.114, vale decir obtenemos un ahorro estimado del 80% con la conversión realizada.
Conversando con el encargado de la operación del TAD, el Sr. Hugo GOMEZ, nos manifiesta además que este ahorro en combustible es mínimo, ya que además se deben considerar los gastos de aceite, líquido refrigerante, cambio de filtro, aceite y gasoil, cada 15 días filtro de aire; correas, manchón de sistema de compresor, mangueras del sistema de agua por las grandes temperaturas, patas de motor, convertidor y sistema de plato elástico entre motor convertidor y caja de cambio. Cambio de aceite cada 60 días por los km, cambio de bomba de agua una por año, cambio de inyectores, líquidos refrigerantes y otros accesorios que intervienen en el funcionamiento de un motor diésel, los cuales desaparecen y representan un costo importante en la operación y mantenimiento del tren.
Estamos todavía en etapa de prueba y nos encontramos realizando distintas mediciones para determinar con mayor exactitud los rendimientos, autonomías y consumos que surgen del funcionamiento del tren, permitiendo además verificar la confiabilidad del funcionamiento.
AGRADECIMIENTOS
Un Agradecimiento Especial al Sr. Gobernador de la Provincia Dr. Gerardo Zamora quien confió en el Rector de la UNSE, Ing. Hector Paz y en el Instituto de Tecnologías Aplicadas para llevar adelante este proyecto de conversión,Otro agradecimiento para el Equipo de Trabajo del ITA que estuvo constituido por:
Ing. Antonio Pappalardo
Ing. Facundo Funes
Ing. Carlos Maguna.
Ing. Carlos Cascio.
Ing. Francisco Ruiz
Mis Dias en la Via agradece este importantisimo aporte a quien nos hiciera llegar este informe de gran interes sobre este vehiculo que nacio hace tiempo de la idea de un Ingeniero que supo transformar el transporte automotor y ferroviario, nos referimos al desaparecido Jorge Beritich creador del TecnoTren TecnoPorte, nos lo hacia llegar el Ing. Antonio Papalardo
