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Artículo científico

Resistencia aerodinámica y eficiencia energética en los trenes de la Empresa de Transporte Masivo del Valle de Aburrá Limitada

Artículos científicos

1. Resistencia aerodinámica y eficiencia energética en los trenes de la Empresa de Transporte Masivo del Valle de Aburrá Limitada
2. METRO de Medellín y su proceso de aprendizaje tecnológico
3. Innovación con impacto social

Resumen
En el marco del Sistema Integrado de Gestión de la Empresa de Transporte Masivo del Valle de Aburrá Limitada, la sostenibilidad financiera es un objetivo corporativo que busca la maximización de valor de la empresa, mediante el incremento de su rentabilidad. Igualmente, la empresa está comprometida con la optimización del recurso energético, definido así en su compromiso ambiental y expresado en su programa de uso eficiente y ahorro de energía, y también con la utilización de tecnologías limpias en sus modos de transporte. Lograr la reducción del consumo de energía del sistema trascendió en la búsqueda de los objetivos corporativos y motivó el estudio de la aerodinámica de los trenes, por tratarse del mayor consumidor de energía del sistema.

Palabras clave: eficiencia energética, aerodinámica, Dinámica de Fluidos Computacionales (CFD, por sus siglas en inglés).
El incremento de la eficiencia de la energía se ha convertido en una creciente necesidad global, dada la crisis energética y ambiental que se vive actualmente. El sector transporte tiene un peso significativo en dicha crisis, y nuestra empresa, cuyo insumo principal es la energía eléctrica, tiene la responsabilidad social de mejorar día a día en este aspecto. Durante el año 2011, el consumo de energía eléctrica del sistema METRO fue de 68 GWh, de los cuales el 80% corresponden al consumo energético de tracción. El costo anual del consumo de energía de todo el sistema fue de $15.031.355.535, lo que nos pone el reto de disminuir el consumo de energía de los trenes, que es el de mayor peso en el balance energético de la empresa.

Teniendo en cuenta que la Empresa de Transporte Masivo del Valle de Aburrá Limitada no recibe subsidio del Estado, se autosostiene con el precio del tiquete que pagan los usuarios, y por la enorme deuda que tiene, cualquier ahorro energético impactaría positivamente no solo las finanzas de la empresa, sino también permitiría estabilizar el precio de los tiquetes, lo cual redundaría en calidad de vida para la comunidad.

Con el apoyo de Colciencias, a través de cofinanciación, y en asocio con la Universidad Pontificia Bolivariana, la empresa viene desarrollando el proyecto de investigación “Incremento de la eficiencia energética y del confort del usuario en el METRO de Medellín, mediante simulación computacional de fluidos”, el cual busca reducir el consumo de energía del tren, estudiando su aerodinámica y proponiendo cambios que ayuden a reducir la fricción del aire sobre el mismo.

Cabe resaltar que dicho estudio empleó simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacionales (CFD), una técnica novedosa en nuestro medio, lo que facilitó el estudio del estado actual de la aerodinámica de los trenes, para comprender dónde se encontraban los principales puntos para mejorar, en un menor tiempo y a menos costo. Luego, mediante la misma herramienta, se probaron diferentes configuraciones de testeros frontales, tendientes al cumplimiento del objetivo planteado.

A continuación se evaluaron en forma experimental las modificaciones estudiadas en las simulaciones realizadas, utilizando un modelo a escala, el cual se llevó a un túnel de viento en la Universidad Pontificia Bolivariana, con el fin de validar cualitativamente los resultados obtenidos en la simulación.

Definidos los detalles específicos del nuevo testero frontal y tomando en cuenta las normativas internacionales aplicables, se procedió a la fabricación de prototipos en escala real, para su prueba en trenes. Las pruebas realizadas permitieron no solo validar los resultados obtenidos en la simulación, sino que mostraron que existe un potencial de ahorro energético que posibilita el desarrollo de una segunda fase del proyecto, para ampliar los tiempos de evaluación y posiblemente multiplicar el número de unidades modificadas.

Luego de realizar la evaluación financiera del proyecto, se encontró que es viable la implementación de los nuevos testeros frontales en todos los trenes de primera generación, aunque se requiere de una inversión de capital significativa. Actualmente se gestionan los recursos para realizar una validación más prolongada del funcionamiento del prototipo, con el fin de verificar la información bajo condiciones de operación y con carga de pasajeros. La propuesta en este sentido se encuentra planteada y en proceso de optimización e implementación.

La incursión en nuevos modos de transporte nos pone a la vanguardia de las grandes metrópolis y, como ya lo hemos mencionado, nos obliga a buscar las mejores alternativas tecnológicas para lograr la eficiencia energética del sistema.

Este proyecto, pionero en el mundo para trenes urbanos, es una muestra no solo de los potenciales beneficios del trabajo mancomunado Universidad-Empresa-Estado, sino de la existencia de capacidades a nivel nacional para lograr resultados de relevancia e impacto para nuestra industria.

En los años 80, época de la cual son nuestros trenes de primera generación, las operadoras ferroviarias no se limitaban por el consumo energético; sin embargo, las necesidades actuales han cambiado; es así que para la compra de los nuevos trenes y en consonancia con las mejores prácticas de diseño que emplean en la actualidad los fabricantes, se logró un resultado no solo energéticamente eficiente, sino también estéticamente agradable.