Transporte público

Encontraron cómo aprovechar mejor la energía que produce el Metro de Medellín al frenar

Este proyecto utiliza ultracapacitores y talento de la UPB

Cuando un tren de 180 toneladas frena se generan grandes cantidades de energía eléctrica, el reto es aprovecharla antes de que genere daños. Un proyecto de I+D de la UPB y el Metro de Medellín lo logró y está reduciendo los costos de operación del sistema de transporte masivo y evitando averías en el sistema. Esta solución utiliza ultracapacitores de última generación para actualizar un metro creado en 1995.

En este desarrollo participaron estudiantes y docentes de la UPB junto al equipo de desarrollo tecnológico del Metro de Medellín. Aunque estos sistemas ya se implementan en otros sistemas de trenes del mundo, la universidad y el Metro decidieron hacerlo con potencial colombiano, para crear una solución mucho más ajustada al caso de Medellín. Los responsables ya están analizando cómo aplicarla a otros sistemas de trenes del mundo.

Todo empezó buscando economía

Aunque el Metro de Medellín paga una tarifa eléctrica de un nivel más bajo, su objetivo siempre es buscar cómo optimizar ese recurso y generar menos gastos. Un tren, como muchos vehículos eléctricos, regenera energía cuando frena. En este caso, un tren de tres vagones y hasta 180 toneladas genera inmensas cantidades de energía que en muchas oportunidades se desperdicia como calor. Sólo en las ocasiones en que la frenada de un tren coincide con la arrancada de otro esta energía se redirige al otro vehículo, por eso muchos sistemas hacen coincidir la llegada y partida de sus trenes en una misma estación.

Aun así, el gran problema no es que la energía no se reutilice, sino que estos grandes picos de tensión generados por la frenada regenerativa puede causar daños en el sistema y averiar los motores de corriente alterna de los trenes de primera generación, fabricados a finales de los 80. Cada reparación ronda los 100 millones de pesos, sin contar que sólo durante 2018 el sistema tuvo seis fallos por este incremento en la tensión.

Cuando el tren genera energía frenando, su controlador inyecta la energía eléctrica  a la catenaria, o sea a los cables que reposan sobre los trenes. Esta hinchazón supera en ocasiones los 2.100 voltios, lo que está muy por encima de la tolerancia del sistema. Ahí es cuando se producen los daños.

La solución para el bolsillo y el tiempo de los pasajeros

UPB y Metro de Medellín crearon un sistema de compensación que puede aprovechar esos excesos de corriente en otros momentos. Gran parte de lo que antes se convertía en calor ahora se usa para empujar más tarde ese mismo u otro tren. Se contempló utilizar volantes de inercia, o sea poner a girar una gran rueda de metal para luego convertir de nuevo su movimiento en energía eléctrica, pero era complicado por su tamaño y la vibración de los trenes. También se pensó en utilizar baterías, como las de los carros eléctricos, pero estas no cargan tan rápido como se necesitaría para recibir la gran descarga de la regeneración, además alcanzarían sus ciclos rápidamente y su vida útil sería muy corta.

Se decidió utilizar ultracapacitores, una especie de batería, que aunque almacena menos energía, puede cargarse y descargarse hasta cinco veces más rápido. Además lo ultracaps pueden aguantar hasta un millón de ciclos (cargas) sin ver afectado su rendimiento. Se utilizaron 16 unidades entregadas por Maxwell, la misma maca de capacitores que Tesla adquirió a mediados de 2019 y con la que espera revolucionar sus carros eléctricos.

Ultracapacitores Maxwell instalados en la Estación Niquía del Metro de Medellín.

Este sistema se instaló en la estación Niquía, el extremo norte del sistema Metro y el punto más lejano de una central eléctrica. Allí un tren puede generar alrededor de 10 kilovatios hora durante la frenada, de los cuales se recuperarían 2 kWh gracias al nuevo sistema de ultracapacitores. En un solo día se podrá recuperar hasta 300 kWh, algo así como $60.000 (18 USD) diariamente, en una sola estación.

Este sistema de compensación costó desde el diseño hasta la implementación cerca de 700 millones de pesos, pero dejó la capacidad en ambas entidades para instalar otros sistemas como estos en otras estaciones a menos de la mitad del costo; por ahora se localizó que el final de la Línea B, en San Javier, podría aprovechar este mismo equipo. Sistemas semejantes puede usarse en ascensores de edificios, por ejemplo.

La energía que se recupera podría tener usos diferentes por fuera del Metro, porque puede almacenarse en baterías usadas de carros eléctricos viejos y usarse para cargar otros carros eléctricos. Desarrollar e instalar esta solución tomó 15 meses, pero desde ya reduce los costos de operación y las reparaciones en el Metro de Medellín.

Fuente: Entrevista a Andrés Emiro Díez Restrepo, líder del proyecto, Doctor en Ingenierías y Docente de la Universidad Pontificia Bolivariana.

 

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Felipe Vallejo Uribe

Soy un Comunicador Social - Periodista y Magíster en Comportamiento del Consumidor que busca ayudar a masificar los vehículos eléctricos en Colombia. @UnTalVallejo

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