CAF e IK4-IKERLAN introducen la tecnología de carga inalámbrica en el sector ferroviario

Ambas entidades colaboran en el desarrollo de un novedoso cargador inductivo para tranvías que no precisa de comunicación tierra-vehículo

Los métodos de carga inalámbricos son cada vez más habituales en sectores como el de la automoción o la telefonía móvil, donde muchos fabricantes apuestan por dispositivos que no requieren cables o enchufes para cargar las baterías de los vehículos eléctricos y smartphones. Este tipo de cargadores, llamados inductivos, transfieren la energía del emisor al receptor a través de un campo electromagnético inducido entre ambos.

El transporte público ha sido el último en beneficiarse de este método. La compañía de ferrocarriles guipuzcoana CAF y el Centro Tecnológico IK4-IKERLAN han desarrollado un sistema de carga inalámbrico de tranvías que no requiere, a diferencia de los métodos convencionales, ningún tipo de contacto eléctrico directo, como catenarias, cables o enchufes, para recargar las baterías de los trenes.

El novedoso dispositivo consta de dos bobinas que son las encargadas de inducir el campo electromagnético que habilita la transferencia de energía. La primera bobina, llamada primaria o emisora, se sitúa enterrada bajo el suelo, donde permanece conectada a la red eléctrica, en zonas donde el tranvía realiza sus paradas. La segunda bobina, denominada secundaria o receptora, se instala en la parte inferior del tren y lleva consigo un pequeño convertidor.

De este modo, cuando el tranvía se aproxima a la zona donde ha sido colocada la bobina primaria, esta genera una corriente y produce un campo electromagnético que induce otra corriente en la bobina secundaria, transfiriendo la potencia que carga a las baterías del tren. Esta transmisión de energía es segura por naturaleza y no afecta a pasajeros, ya que solo puede ponerse en marcha cuando hay un tranvía encima.

“Gracias a este desarrollo, podemos aprovechar las pausas que realiza el tranvía a lo largo de su trayecto para cargar las baterías de manera automática, sin necesidad de realizar ninguna acción por parte del conductor, como puede ser, el instante de espera en un semáforo, mientras los pasajeros se apean en una parada o en los momentos de estacionamiento en la propia cochera”, explica Irma Villar, responsable del proyecto en IK4-IKERLAN.

Una alternativa cómoda y segura

Así, la empresa guipuzcoana cuenta con una alternativa de carga más cómoda y que requiere menor infraestructura que los métodos empleados hasta ahora para su gama de tranvías equipados con sistemas de acumulación GREENTECH. Entre ellos, se encuentran el sistema de carga aérea convencional mediante pantógrafo o el sistema de captación de energía mediante tercer carril, ambos compatibles con la solución inalámbrica que se ha desarrollado.

“Aunque la eficiencia de la transferencia sin contacto todavía no esté a la altura de las soluciones tradicionales, aporta mucha comodidad de carga, reduce notablemente la infraestructura necesaria y no requiere de medidas adicionales de seguridad que eviten los contactos eléctricos.” afirma Villar.

Además, no necesita de comunicación entre el equipo en tierra y el vehículo, ni de partes móviles que realicen la conexión eléctrica, lo que permite mejorar sustancialmente la fiabilidad del sistema, ahorrar en costes de adquisición y mantenimiento, y reducir el peso del tranvía.

Prototipo para  tranvía 

El desarrollo se ha llevado a cabo en el marco del proyecto ICPT (Inductive Coupling Power Transfer), que arrancó en 2014 y ha tenido una duración de tres años. Esta propuesta se enmarca dentro de la iniciativa NUSUR, que a su vez está subvencionada por el programa Etorgai del Gobierno Vasco.

Durante este tiempo, IK4-IKERLAN ha trabajado en un prototipo diseñado para transferir 50 kW de potencia que, tras validarlo en sus laboratorios, ha sido instalado en un tranvía de CAF modelo URBOS, en la vía de pruebas con la que cuenta en Zaragoza.

“Se trata de un reto muy importante para el centro, ya que hemos tenido que desarrollar el cargador íntegro, desde los convertidores de electrónica de potencia y su control asociado, hasta las bobinas para la transferencia sin contacto”, asegura la investigadora.

El resultado es un equipo compacto y totalmente automático de rápida instalación y fácil mantenimiento. Ofrece una potencia de 50 kW, y teniendo en cuenta la tecnología empleada podría alcanzar los 100 kW, valores muy superiores a los que se plantean en el sector de la automoción.

“Esta iniciativa nos ha permitido demostrar la viabilidad de la carga inalámbrica en nuestros tranvías con acumulación tanto a nivel teórico, como sobre un desarrollo real” afirma Pedro Estévez, responsable de proyectos de I+D en CAF.

Una apuesta para IK4-IKERLAN

Las aplicaciones basadas en el electromagnetismo son una de las apuestas importantes para IK4-IKERLAN, no solo para transferir energía sin contacto sino también para el calentamiento por inducción o el diseño de máquinas eléctricas. Durante los últimos cuatro años, el equipo especializado en electromagnetismo del centro tecnológico ha trabajado para demostrar la viabilidad de estas aplicaciones.

Ahora, y gracias a la apuesta de CAF, con un desarrollo compatible para tranvías y autobuses, el centro ha podido validar en un sistema real la potencialidad de la carga sin contacto en el ámbito del ferrocarril, pero no es el único. IK4-IKERLAN también ha adquirido el conocimiento para aplicar este tipo de soluciones en mercados con un gran potencial como el de los vehículos híbridos y eléctricos.

“A pesar de que este desarrollo haya sido concebido para el sector ferroviario, se trata de un sistema totalmente compatible con otros medios de transporte como los autobuses. Asimismo, existe un gran interés por parte de las grandes compañías del sector del automóvil como BMW o Mercedes-Benz, entre otras, que ya han comenzado a aplicar esta tecnología” explica Villar.

Desde el centro creen que se trata de una tecnología con un potencial enorme para impulsar el desarrollo de nuestra industria, puesto que abre nuevas perspectivas que permiten abordar retos tecnológicos en infinidad de sectores.

“En IK4-IKERLAN investigamos en esta área con el objetivo de ofrecer soluciones a los problemas reales de las empresas y fomentar el desarrollo tecnológico de nuestro tejido industrial”, concluye Villar.

Sobre IK4-IKERLAN

IK4-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 en tres grandes áreas: Tecnologías de Electrónica, información y comunicación (TEIC), Energía y electrónica de potencia y Fabricación avanzada. En 2017, IK4-IKERLAN ha logrado la acreditación por parte de AENOR de su sistema de gestión integral (UNE-EN ISO 9001:2015 y UNE 166002:2014), lo que supone un reconocimiento de la excelencia del centro en el ámbito de la I+D+i. Actualmente cuenta con una plantilla formada por alrededor de 300 personas.