El sector ferroviario se encuentra en constante búsqueda de soluciones tecnológicamente avanzadas que permitan crear trenes cada vez más ligeros, fiables y eficientes. En este contexto, el fabricante guipuzcoano de sistemas ferroviarios CAF Power & Automation y el centro tecnológico IK4-IKERLAN han desarrollado un innovador sistema de tracción eléctrica para trenes que permite disminuir en un 30 % el tamaño, reducir un 20 % el peso y aumentar un 50 % la eficiencia energética de los dispositivos empleados en la actualidad.
Esta solución es un convertidor diseñado a partir de semiconductores de carburo de silicio (SiC). Se trata de un material emergente en el sector que mejora las prestaciones que ofrecen los componentes convencionales, como una velocidad de conmutación superior y una mayor conductividad térmica, factores primordiales para conseguir un mayor rendimiento en este tipo de dispositivos. Los convertidores son elementos clave para el funcionamiento de un sistema ferroviario, ya que se encargan de transformar la energía eléctrica en la fuerza que tracciona los motores de un tren.
“Este proyecto representa un punto de partida para la aplicación de la tecnología SiC en los convertidores de los vehículos ferroviarios, que derivará en un aumento de las capacidades de nuestros trenes y en el ahorro de energía”, afirma Txomin Nieva, director de desarrollo de producto de CAF Power & Automation. Nieva añade que gracias a esta colaboración la empresa guipuzcoana cumple con el objetivo de ofrecer las mejores soluciones a sus clientes. “Este tipo de proyectos nos ayudan a reafirmarnos como referentes en el diseño y fabricación de sistemas para el sector ferroviario y a mantenernos en la vanguardia tecnológica”.
El desarrollo se ha llevado a cabo en el marco del proyecto europeo Roll2Rail, que arrancó en 2015 y concluye este próximo mes de octubre. La asociación público-privada Shift2Rail, dedicada a coordinar las grandes iniciativas de modernización de la industria europea del ferrocarril, ha impulsado esta iniciativa enmarcada en el programa Horizon 2020 de la Unión Europea.
Roll2Rail ha contado con una financiación de 16 millones de euros y, además de CAF Power & Automation e IK4-IKERLAN, han participado una treintena de empresas, centros tecnológicos y universidades de referencia en el sector del ferrocarril a nivel europeo.
Desarrollo de un prototipo
El potencial que ofrece la tecnología SiC ha sido probado gracias a un prototipo a escala real desarrollado en colaboración por ambas entidades y que da repuesta a las nuevas necesidades del transporte ferroviario, como la reducción de peso y la eficiencia energética de los trenes.
“Hemos trabajado codo con codo con CAF Power & Automation hasta dar con una solución para la empresa mucho más eficaz que la actual”, afirma Alejandro Rujas, Responsable del equipo de especialización de Convertidores de Potencia de IK4-IKERLAN.
El uso de carburo de silicio en los equipos de tracción ha permitido reducir el volumen y el peso del núcleo de potencia, así como el de los elementos magnéticos. Además, permite mejorar la eficiencia energética de los sistemas de conversión convencionales reduciendo las pérdidas eléctricas en la conversión."
“El carburo de silicio presenta características muy singulares, por lo que requiere de una atención especial en el diseño y desarrollo de los convertidores”, ha explicado Rujas.
Aplicaciones en diversos sectores
IK4-IKERLAN trabaja desde hace años en convertidores de nueva generación basados en semiconductores de carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN) dirigidos a varias aplicaciones. Se trata, por tanto, de un proyecto que puede abrir nuevas vías más allá del sector ferroviario.
“Esta tecnología no solo es aplicable en los sistemas de tracción de los trenes, sino en todos aquellos convertidores en los que la eficiencia y el volumen del sistema juegan un papel crucial, como pueden ser las nuevas generaciones de vehículos eléctricos, el sector industrial o el de las energías renovables”, explica Rujas.
En este sentido, el centro tecnológico de Arrasate-Mondragón colabora con empresas de referencia como el fabricante de sistemas de elevación Orona en el desarrollo de convertidores para ascensores más eficientes.
"La investigación en este ámbito está abriendo nuevas oportunidades, y los semiconductores de nueva generación pueden aportar un gran valor competitivo para nuestras empresas, además de ayudarnos a avanzar hacia una sociedad de futuro más sostenible”, concluye Rujas.
Sobre IKERLAN
IKERLAN es un centro líder en la transferencia de tecnología y en la aportación de valor competitivo a la empresa, debido entre otros aspectos a la especialización de sus investigadores. Ofrece soluciones integrales combinando diferentes dominios tecnológicos. Esto es posible debido a su alto grado de especialización en tres grandes áreas: Tecnologías de Electrónica, información y comunicación (TEIC), Energía y electrónica de potencia y Fabricación avanzada. Actualmente cuenta con una plantilla formada por alrededor de 300 personas.
Sobre CAF Power and Automation
CAF Power & Automation es una filial tecnológica del Grupo CAF, referente mundial en el diseño y fabricación de sistemas ferroviarios, que desarrolla soluciones de tracción, control y comunicación, y acumulación energética embarcada, que se encuentran integradas en vehículos ferroviarios de 32 países.
La compañía cuenta con una plantilla de más de 250 empleados distribuida en las sedes de San Sebastián, Irura y Madrid, además de en las oficinas comerciales de India y Estados Unidos.
