Centrarse en la gestión de la temperatura

El sistema de propulsión de un vehículo ferroviario es el mayor consumidor de energía en funcionamiento, seguido por los sistemas de gestión de la temperatura del habitáculo y el sistema de propulsión, independientemente del tipo de propulsión del tren. Las baterías o pilas de combustible de los trenes de propulsión eléctrica sin suministro de energía por catenaria o tercer carril deben mantenerse a una temperatura óptima de funcionamiento.

Muchos operadores ferroviarios están considerando este tipo de trenes para aproximadamente el 40% de las vías no electrificadas en Alemania. El consumo total de energía en estos trenes tiene un impacto significativo en la autonomía y el tiempo potencial de funcionamiento.

La estrategia más adecuada para la gestión de la temperatura del sistema de propulsión, del interior y de cualquier almacenamiento de energía a bordo depende del concepto de propulsión, del clima y de las condiciones de funcionamiento.

La tesis de maestría de Marcos Escamilla Sánchez sobre el potencial de la gestión térmica integrada, que recibió el premio Excelente Tesis 2024 en Fraunhofer IWU, concluyó que el DB Clase 490 utilizado en las operaciones del S-Bahn (tren suburbano) de Hamburgo tiene tal potencial gracias a la eficiencia térmica. sistema de gestión, su bomba de calor y la recuperación del calor residual de las operaciones de tracción y auxiliares, parece más apropiado seguir desarrollándolo.

Este modelo es un tren completamente eléctrico sin batería adicional. La eficiencia (coeficiente de rendimiento) del sistema se mantiene alta durante todo el año gracias al aire acondicionado y la calefacción energéticamente eficientes.

Sánchez trabaja actualmente como ingeniero de sistemas en el fabricante de vehículos ferroviarios Alstom. Junto con Wölfle GmbH, especialista en tecnología climática y proveedor de equipos para vehículos comerciales impulsados ​​por baterías, investigaron en qué condiciones de funcionamiento un sistema de gestión térmica integrado podría proporcionar ganancias de eficiencia.

La idea es diseñar un sistema completo que conecte el sistema de propulsión y, en su caso, las baterías y la electrónica de potencia del circuito de agua con la bomba de calor o el sistema de aire acondicionado de agua fría.

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Este enfoque debería abarcar todos los escenarios de temperatura: el habitáculo y las baterías deben calentarse en invierno y enfriarse en verano; Mientras que el calor residual del convertidor se puede aprovechar en invierno, en verano debe disiparse del sistema.

Resultados: Los sistemas de aire acondicionado con agua helada proporcionan, en promedio, menores ganancias de eficiencia en Hamburgo; Sin embargo, puede demostrar sus ventajas en regiones nevadas, donde se requiere calefacción durante todo el año, mientras que la refrigeración es relativamente rara.

Los operadores verán el mejor coeficiente de rendimiento en las operaciones del vehículo, incluidas aceleraciones y frenadas frecuentes, distancias cortas y paradas frecuentes, lo que es especialmente típico del perfil operativo de los sistemas S-Bahn y U-Bahn (metro). Un sistema de gestión térmica integrado también puede ahorrar peso y requerir menos componentes HVAC (calefacción, ventilación, aire acondicionado).

Sánchez confía en que el impacto de un sistema integrado de gestión térmica en el balance energético y la utilidad de los sistemas de trenes eléctricos de batería o de los trenes con propulsión por pila de combustible de hidrógeno será sustancial, porque en tales sistemas, el almacenamiento de energía requeriría refrigeración o calefacción casi continua. Es.

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Proporcionado por IWU