¿Impulsarán los motores que no dependen del combustible la próxima era de la construcción?

Algunos de los equipos de construcción más pesados del mundo funcionan con motores Cummins.

De hecho, el camino a seguir ha resultado ser considerablemente más complejo de lo que sugerían las primeras previsiones.

En todo el sector de la maquinaria todoterreno, los fabricantes y los propietarios de flotas se enfrentan hoy en día a desafíos como las normativas regionales y el desarrollo desigual de las infraestructuras, así como a aplicaciones de maquinaria altamente especializadas.

En este contexto, la flexibilidad se está consolidando como un tema central en la planificación a largo plazo de los sistemas de propulsión.

Un concepto que está ganando popularidad es la plataforma de motor independiente del combustible: una arquitectura de motor común diseñada para adaptarse a múltiples tipos de combustible manteniendo las características de rendimiento y la simplicidad operativa.

Jeremy Harsin, director sénior de ingeniería de sistemas de propulsión para vehículos todoterreno en Cummins, cree que este enfoque responde a las preguntas que plantea el sector de la construcción con mayor precisión que cualquier solución basada en una sola tecnología.

“Los motores compatibles con cualquier tipo de combustible, como el Cummins HELM (High Efficiency Low Emissions, Multiple Fuels), están diseñados teniendo en cuenta la flexibilidad en el uso de combustibles”, afirma Harsin. “El concepto busca satisfacer las necesidades de los clientes en cada etapa de su proceso de desarrollo del sistema de propulsión”.

Por qué la flexibilidad es vital en la energía fuera de carretera

Jeremy Harsin, Director Sénior de Ingeniería de Sistemas de Propulsión para Vehículos Todoterreno en Cummins

A diferencia del sector de la conducción por carretera, donde los ciclos de trabajo y los entornos operativos de los vehículos están relativamente estandarizados, la maquinaria todoterreno abarca una amplia gama de tipos de máquinas y condiciones de funcionamiento. Esto plantea importantes desafíos para cualquier intento de imponer una estrategia de transición universal.

“El mercado de vehículos todoterreno es, con diferencia, el más complejo y fragmentado al que servimos”, afirma Harsin. “Solo Cummins presta servicio a cientos de fabricantes de equipos originales (OEM), cada uno con sus propias aplicaciones, muchas de las cuales son altamente especializadas.

“Teniendo en cuenta estos hechos, no es realista suponer que un enfoque único para todos, o incluso para la mayoría, sería aceptable para el mercado.”

Las arquitecturas independientes del combustible pretenden abordar este desafío incorporando múltiples variantes de combustible a partir de una plataforma de motor en gran medida común.

En términos sencillos, la parte inferior del motor sigue siendo prácticamente la misma, mientras que sistemas como el de admisión de aire, el de suministro de combustible y el de postratamiento se adaptan a los diferentes combustibles.

Los combustibles que se pueden considerar incluyen diésel avanzado, gas natural, gasolina e hidrógeno, dependiendo de la demanda del mercado y la preparación de la infraestructura.

Para los fabricantes de equipos originales (OEM), esto reduce potencialmente la complejidad de la ingeniería y ayuda a preservar la inversión en las plataformas de máquinas y los diseños de transmisión existentes.

“El concepto pretende facilitar la vida de los fabricantes de equipos originales (OEM)”, afirma Harsin, “permitiéndoles aprovechar componentes comunes de la transmisión desde el volante de inercia hacia atrás”.

El reto de la infraestructura para los combustibles alternativos

Si bien el interés por los combustibles alternativos sigue creciendo, su adopción en el sector de la construcción aún es desigual. En muchas regiones, la disponibilidad de infraestructura de apoyo sigue siendo el principal obstáculo.

“Los usuarios finales se enfrentan a desafíos reales e importantes en cuanto a la madurez de la infraestructura, que deben solucionarse para poder implementar estas soluciones de manera efectiva y significativa”, afirma Harsin.

El motor X15 de próxima generación se construirá sobre la plataforma Cummins HELM.

Añade que el desafío es particularmente acuciante en la construcción, donde las máquinas operan con frecuencia en emplazamientos temporales o remotos, con acceso limitado a sistemas de abastecimiento de combustible especializados.

Por ese motivo, prevé que la adopción se produzca primero en entornos operativos más controlados.

“Los ecosistemas confinados, como por ejemplo los puertos marítimos, son áreas potenciales donde puede surgir primero la demanda, dado que cuentan con una población cautiva en un lugar específico”, explica.

“Las obras de construcción en general que utilizan equipos más móviles se enfrentarían a mayores dificultades para conseguir combustibles distintos del diésel.”

Esta realidad es una de las razones por las que las tecnologías diésel avanzadas, junto con los biocombustibles renovables y sustitutivos como el HVO, seguirán teniendo voz en cualquier debate sobre la descarbonización.

“Será difícil reemplazar los motores diésel avanzados”, afirma Harsin. “Gran parte del desarrollo de infraestructura mencionado anteriormente dependerá de equipos diésel avanzados para poder completarse”.

¿Pueden las alternativas igualar el rendimiento del diésel?

En el caso de las flotas de construcción, si bien los objetivos de descarbonización son cada vez más importantes, es poco probable que eclipsen la productividad de la maquinaria.

Por supuesto, los equipos deben seguir ofreciendo el par motor, la respuesta transitoria y el tiempo de actividad que requieren las aplicaciones de servicio pesado.

Eso genera importantes dilemas de ingeniería.

“Si comparamos la curva de par máximo de un motor diésel con la de un motor de hidrógeno, observaremos una reducción en el rendimiento de este último”, afirma Harsin. “Las aplicaciones que exigen una respuesta transitoria precisa serán difíciles de igualar para los motores que no son diésel”.

Por lo tanto, el reto no consiste simplemente en habilitar diferentes combustibles, sino también en asegurar que esos combustibles puedan satisfacer las necesidades operativas en el mundo real.

“A los usuarios finales les importa realizar el trabajo”, dice Harsin. “Nos esforzamos por optimizar la experiencia que les brinda la máquina mientras la realizan”.

Un representante de Cummins se reúne con un cliente en sus instalaciones.

Al mismo tiempo, el costo total de propiedad es un factor cada vez más importante. Si bien las tecnologías de combustibles alternativos continúan desarrollándose, la escala y la asequibilidad de estas plataformas probablemente determinarán el ritmo de su adopción generalizada.

“En definitiva, salvo incentivos, las tecnologías deben ser viables desde la perspectiva del coste total de propiedad (TCO) para garantizar que la rentabilidad del propietario final se mantenga intacta”, explica Harsin.

Lo que los fabricantes de equipos originales deben tener en cuenta hoy

La adopción a gran escala de sistemas que no dependan del combustible aún puede tardar algunos años, pero ya se está animando a los fabricantes de equipos originales a que tengan en cuenta sus futuras necesidades de embalaje al desarrollar nuevas plataformas de máquinas.

“Deben tener en cuenta los factores que influyen en las futuras modificaciones del chasis”, afirma Harsin. “El metal de las máquinas pesadas no se cambia fácilmente y las herramientas son caras”.

Si bien es probable que las dimensiones del bloque del motor sigan siendo en gran medida comparables para los diferentes combustibles, los requisitos de almacenamiento de combustible pueden variar drásticamente.

“Consideremos de nuevo la comparación entre el diésel y una solución equivalente basada en H2”, dice Harsin. “El H2 requiere aproximadamente ocho veces el volumen del depósito de combustible que el diésel”.

Esto plantea más interrogantes sobre la arquitectura de la máquina, los intervalos de repostaje y la logística operativa, factores que los fabricantes de equipos originales (OEM) deberán tener cada vez más en cuenta como parte de la fase de diseño.

Elección de combustible, planificación de flotas y regulación futura

Aunque el término "independiente del combustible" puede implicar intercambiabilidad, Harsin deja claro que las máquinas individuales no están diseñadas para cambiar de combustible durante su funcionamiento.

La experiencia de Cummins en potencia se puede encontrar en todo tipo de maquinaria, desde cargadoras compactas hasta grúas pesadas y camiones mineros.

«Para que quede claro», afirma, «a nivel de máquina individual, el concepto de independencia del combustible no se aplica. Las plataformas HELM de Cummins ofrecen soluciones que se adaptan a diferentes tipos de combustible, pero en la práctica no se puede intercambiar una máquina».

En cambio, el valor reside en ayudar a la industria a prepararse para condiciones inciertas, tanto en términos de regulación como de mercados, a largo plazo.

“Estos motores permiten a los propietarios de flotas planificar a futuro en caso de que deban cumplir con ciertos requisitos de combinación”, dice Harsin.

Para muchos fabricantes de equipos originales (OEM), es probable que estas opciones a largo plazo adquieran mayor importancia a medida que la legislación regional sobre emisiones se desarrolle a ritmos diferentes en todo el mundo.

Transición más gradual que cambio repentino

A pesar de la atención que la industria presta a los combustibles alternativos y la electrificación, Harsin no prevé que la matriz energética general de la construcción cambie drásticamente en un futuro inmediato.

“En general, preveo que los próximos años serán muy similares a la combinación energética actual”, afirma, “aunque probablemente habrá zonas donde esto no sea así”. A continuación, pone como ejemplo el rápido crecimiento de las cargadoras de ruedas eléctricas en el mercado interno chino.

En realidad, el sector de la construcción actual se encuentra en una fase que parece centrarse menos en la certeza tecnológica y más en mantener abiertas las opciones.

En ese contexto, las plataformas que no dependen del combustible pueden ser menos una solución provisional y más un reconocimiento de que el panorama energético futuro no estará dominado por una sola solución.

“A medida que las tecnologías evolucionan y se expanden, comienzan a ser más prácticas para su uso en vehículos todoterreno”, afirma Harsin, quien concluye: “En Cummins, nuestro enfoque sigue centrado en proporcionar soluciones de energía fiables al mercado en el momento en que se necesitan”.

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Este artículo fue producido por KHL Content Studio, en colaboración con expertos de Cummins.

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Todas las imágenes cortesía de Cummins.

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