MIT TR35: Carenado de fibra de vidrio que mejora la eficiencia energética de trenes de metro ya existentes

Innovadores Menores De 35: Mauricio Giraldo – MIT Technology Review

Mauricio Giraldo, 32. Ha creado un carenado de fibra de vidrio que mejora la eficiencia energética de trenes de metro ya existentes.

Quienes estudian al detalle las fuerzas que actúan sobre los trenes de alta velocidad que circulan a más de 300 kilómetros por hora saben muy bien que su forma aerodinámica es clave para mejorar su eficiencia energética. En cada nuevo proyecto, los ingenieros manejan enormes presupuestos y pueden diseñan y construir cada tren adaptándolos a sus condiciones de operación, ya sea en La Meca, Barcelona o Tokio.

Pero, ¿es posible llevar el ahorro y la eficiencia a trenes que llevan más de 20 años funcionando en el suburbano de una ciudad como Medellín (Colombia)? El joven ingeniero Mauricio Giraldo ha demostrado que se puede, con una inversión relativamente austera y exprimiendo al máximo los conocimientos en simulación por ordenador de su grupo de investigación de Energía y Termodinámica de la Universidad Pontificia Bolivariana (UPB, en Colombia).

Giraldo, doctor en Ingeniería por la UPB, ha liderado un proyecto para mejorar la eficiencia energética en el metro de Medellín que ha ejecutado con el apoyo de la empresa pública que lo gestiona y el del plan nacional Colciencias. Gracias a herramientas de modelado computacional, ha diseñado un carenado de fibra de vidrio que, incorporado sobre la parte frontal de los trenes de «primera generación» (en funcionamiento desde la década de los 80), mejora su aerodinámica y su eficiencia energética en un 3%. Esta cifra se traduce en más de 400 millones de pesos (unos 150.000 euros) de ahorro anual en costes de operación.

El desarrollo de esta tecnología ha incluido, en los últimos cuatro años, varias etapas de análisis y recogida de datos, simulaciones y pruebas con maquetas de los trenes en un túnel de viento. Las mediciones preliminares de consumo de energía en los trenes, en las que se determinó que podría lograrse un ahorro, como mínimo, de un 2% del gasto energético, se realizaron en diciembre de 2011 y sirvieron para dotar de viabilidad técnica y económica al proyecto.

Simulación para detectar puntos críticos

El equipo de Giraldo identificó mediante simulación computacional las «zonas críticas de arrastre», es decir, analizó las condiciones de operación del tren con su forma original, y a partir de ellas determinó «los puntos donde había que intervenir para lograr el ahorro energético deseado», explica el joven.

Según Luis Castrillón, ingeniero de Metro de Medellín involucrado en el proyecto, su conclusión fue que «el 85% de la carga aerodinámica del tren se encuentra en la parte frontal y trasera del mismo», lo que les permitió orientar sus esfuerzos a abordar ese problema.

Giraldo asegura que su tecnología reduce «de manera significativa el arrastre aerodinámico tanto en zona frontal como en la cola». Esto es esencial porque en el metro los trenes no se giran cuando llegan al final de la línea, sino que se invierte el sentido de su marcha para que regresen sobre las mismas vías. Al ser intercambiables, era imprescindible idear una modificación que funcionara tanto en la zona delantera como en la trasera del tren.

Por otra parte, los convoyes están formados, habitualmente, por tres vagones: un coche motor en cada extremo y un vagón remolque en el centro. En función del volumen de pasajeros pueden utilizarse estos conjuntos de tres vagones o unir dos de ellos formando un convoy de seis vagones. Para permitir el acople, la longitud de la carena que se añadiera al tren no podía ser demasiado larga, algo que Giraldo tuvo en cuenta a la hora de diseñar su estructura. «Es curva, pero sin incrementar de manera significativa el largo total del tren», detalla el joven.

El prototipo final se puso en funcionamiento en una vía de pruebas en 2012 y, tras varias verificaciones, pasó a operar durante dos meses en las líneas comerciales A y B del metro. Según Giraldo, el  ahorro energético superior al 2,5% que observaron en este periodo permitiría a Metro de Medellín amortizar su inversión en tres o cuatro años. La empresa ya ha anunciado que quiere incorporar esta tecnología a otros 42 trenes de su flota.

Según este innovador, su sistema puede exportarse sin problema al metro de otras ciudades y países, una expansión que quieren abordar «una vez haya finalizado el montaje en las 42 unidades [en Medellín], que se iniciará en 2014». De hecho, según Giraldo, la metodología que han empleado para crear el carenado y su curva es replicable en otros vehículos, como camiones y otro tipo de trenes que tengan «condiciones poco aerodinámicas», aunque puntualiza que «deben hacerse adaptaciones».

Durante la fase de diseño del prototipo, el equipo de Giraldo instruyó a una compañía colombiana de fabricación de piezas para autobuses para que crearan las piezas ferroviarias que necesitaban para sus prototipos. Ahora, dicha empresa participa en la licitación para fabricar los componentes necesarios para los otros 42 trenes.

Giraldo asegura que siempre ha buscado soluciones con «impacto significativo y beneficios sociales» que sean efectivas en su país. «Normalmente éstas se importan y no están adaptadas desde el punto de vista económico y técnico al medio colombiano», lamenta el joven.

En los últimos años, ha estado involucrado en el desarrollo y patentado de tecnologías de energías renovables, como una turbina de eje vertical adaptada al viento en Colombia, que ha ideado en asociación con Colciencias y Ecopetrol, empresa vinculada al Ministerio de Minas y Energía. «Los grandes desarrollos no requieren de grandes recursos sino de soluciones inteligentes», afirma en alusión al uso intensivo de las herramientas computacionales frente a «métodos tradicionales».

El director del Grupo de Física de Altas Energías de la Universidad de Los Andes (Colombia), Carlos Arturo Ávila, miembro del jurado de los premios MIT Technology Review Innovadores menores de 35 Colombia, destaca que proyectos como el de Giraldo, desarrollados entre universidad y empresas, «pueden llevar a optimizar muchos procesos industriales en Colombia», lo que resulta en una «mayor eficiencia y grandes ahorros». -Elena Zafra

Fuente: technologyreview.es