Sigma Powertrain se centra en equipos para minería, petróleo y gas.

La transmisión TerraMax de Sigma Powertrain. (Foto: Sigma Powertrain)

En la sede de Sigma Powertrain en Livonia, Michigan, hay media docena de camiones mineros estacionados. Son modelos a escala 1/50, fabricados en metal fundido, y se encuentran en la sala de conferencias, pero ese pequeño detalle no disminuye el impacto de su presencia. Livonia, un suburbio al oeste de Detroit, es la capital del motor. La región está dedicada a los automóviles y camiones ligeros.

“No me dejo llevar por las circunstancias, sino que sigo mi propio camino”, afirmó John Kimes, fundador, presidente y director ejecutivo de Sigma Powertrain. “Comenzamos desarrollando soluciones de sistemas de propulsión para aplicaciones comerciales. Nuestra idea era desarrollar el software y demostrar que nuestra tecnología funcionaba en camiones de Clase 8, sustituyendo las transmisiones manuales automatizadas. Nuestra filosofía de diseño se basa en que, independientemente del rango o la clase de sistema de propulsión que estemos desarrollando, consideramos el peor escenario posible del ciclo de trabajo y diseñamos en función de él”.

Una empresa llena de ingenieros

Fundada en 2016, la tecnología principal de Sigma Powertrain incluye arquitecturas patentadas de cajas de cambios multirrelación, mecanismos de embrague, dispositivos electromecánicos para sistemas de propulsión eléctrica, software de control y sistemas de protección de componentes con autocontrol.

“Somos una empresa llena de ingenieros que inventan cosas y las llevan al mercado”, dijo Kimes. “No fundimos ni mecanizamos nada porque no lo necesitamos. Hay mucha capacidad disponible. Estoy a punto de duplicar el tamaño de la empresa en cuanto a personal, y eso solo con personal de apoyo”.

El fundador, presidente y director ejecutivo, John Kimes, habla sobre camiones mineros y soluciones de transmisión en la sala de conferencias de la sede de Sigma Powertrain en el área de Detroit. (Foto: Chad Elmore)

Mientras hablaba sobre la evolución de la empresa, Kimes trasladó las maquetas de los camiones de transporte a la mesa de la sala de conferencias, donde las estacionó con las ruedas hacia arriba.

«Un tipo en Australia nos preguntó si podíamos adaptar nuestra tecnología a camiones mineros de transmisión mecánica», dijo Kimes. «Estudiamos la transmisión que se estaba utilizando. Es un componente pesado que se apoya en voladizo sobre el eje trasero. El eje tiene su propio ecosistema y contiene mucha tecnología. Para que los mineros electrifiquen sus flotas, la transmisión quedará obsoleta y necesitarán camiones con motores en las ruedas y engranajes planetarios».

Repuestos atornillables

El camión de transporte de diez ruedas que introdujo a Sigma Powertrain en la industria minera se lanzó en 2019, pero no pasó de la fase de prototipo. Sin embargo, para Kimes, la idea ya estaba sembrada. El equipo continuó estudiando camiones de transporte.

“Nos dimos cuenta de que cualquier sistema que ideáramos para la minería tenía que encajar en el lugar de la transmisión original. Todo tenía que ir sobre el eje”, dijo Kimes. “Diseñamos una transmisión que encajaba a la perfección y que transmite más par motor al suelo que el gran motor diésel delantero”.

La nueva transmisión TerraMax de Sigma, con distribución de potencia dividida, se basa en su arquitectura TerraMax de cinco velocidades totalmente eléctrica y se instala fácilmente como reemplazo de las transmisiones de fábrica de los camiones de transporte pesado. La compañía afirma que combina las mejores características de las transmisiones mecánicas, los sistemas híbridos y la propulsión eléctrica en una única plataforma modular. Fue diseñada para soportar 30 000 horas de uso en operaciones de transporte pesado.

En la categoría TerraMax de 250 toneladas, un sistema mecánico transmite la mayor parte de la energía directamente a las ruedas, mientras que los motores eléctricos gestionan el flujo de potencia y la demanda transitoria. Este diseño permite que el motor diésel opere dentro de su rango óptimo de consumo de combustible, mientras que el frenado regenerativo recupera energía en los descensos y la devuelve a la batería para la siguiente subida.

Sigma Powertrain ha instalado una línea de ensamblaje en su sede central en Livonia, Michigan. (Foto: Sigma Powertrain)

Casos de emergencia que impulsan

Los camiones de transporte con una capacidad de entre 100 y 150 toneladas utilizarían un sistema con un único motor de 1 MW y cinco velocidades, mientras que los camiones de transporte de ultra alta gama, con una capacidad de 250 toneladas, contarían con un par de motores de 1 MW, ya sea como sistema híbrido de potencia dividida o como sistema de cinco velocidades.

“Nuestra caja de cambios está diseñada para 5 MW, por lo que dos motores se acoplan de forma independiente a un conjunto de engranajes común en la transmisión y se combinan para generar una salida común a las ruedas”, dijo Kimes. “Con solo reemplazar esa transmisión y el sistema hidráulico por el nuestro, el minero vería un ahorro del 15 % en el consumo de combustible solo por las pérdidas parásitas. Y si luego se regenera al descender a la mina, obtendremos otro 15 %. ¿A quién le importa ese porcentaje si el camión de transporte es un BEV? Pero creemos que la mayoría de estos camiones serán híbridos en serie”.

“Estos camiones tienen motores diésel enormes porque necesitan todo ese hierro para situaciones extremas, como durante el arranque para arrancar a plena carga. Una vez que me pongo en marcha, mi demanda de par disminuye. Estos camiones, sin ningún tipo de electrificación, tienen motores diésel monstruosos para poder subir la pendiente. Cuando se complementa o reemplaza ese diésel con un sistema eléctrico capaz de realizar ese trabajo, tiene que ofrecer potencia media, no potencia máxima. Solo necesito un grupo electrógeno diésel capaz de completar un ciclo con cierto margen de seguridad, y necesito un paquete de baterías lo suficientemente grande como para subir por el camino de la mina. Cuando estoy subiendo la mina, que es la situación extrema, la batería más el diésel me dan la potencia para subir.”

“Cuando agoto la batería en la cima, se vuelve a cargar porque ahora tengo una potencia inferior a la media. Cuando empiezo a bajar, la batería se regenera durante todo el descenso. Al llegar al pie de la colina, recargo, y así sucesivamente. Con TerraMax, el motor y la batería se pueden reducir de tamaño. Tenemos un instalador en Australia que calcula una reducción del 43 % utilizando nuestro sistema junto con un generador diésel más pequeño. Esa es la estrategia detrás de estos sistemas.”

La transmisión de la serie MID lleva un par de años en el mercado. (Foto: Sigma Powertrain)

Transmisiones en producción

Mientras Sigma Powertrain prepara la transmisión TerraMax para su producción, ya cuenta con dos transmisiones más pequeñas en el mercado y especificadas para varios fabricantes de equipos originales (OEM). Sigma también ha licenciado gran parte de su tecnología patentada de embrague electrónico.

La compañía presentó la transmisión MID Series hace tres años para su uso en vehículos comerciales eléctricos ligeros y medianos. La caja de cambios de tres velocidades utiliza tecnología de embrague eléctrico patentada y software desarrollado internamente. La compañía afirmó que el sistema de propulsión permite a los fabricantes de vehículos lograr una mejora de autonomía de al menos un 10 %, reducir el tamaño del sistema de propulsión en un 30 % y disminuir el peso del vehículo al reemplazar un sistema de transmisión directa más grande. Los conductores de vehículos comerciales de Clase 1 a 6 equipados con la MID Series notarán cambios de marcha prácticamente imperceptibles y una mejora significativa en la capacidad de subir pendientes.

Disponible como un sistema de propulsión plug-and-play, la serie MID utiliza motores eléctricos de Cascadia Motion, Dana TM4 y otros fabricantes, e incluye un inversor, un intercambiador de calor, un controlador de propulsión y una bomba de aceite. Con los motores suministrados, funciona como un sistema de propulsión BEV de 300 hp y tres velocidades. Gracias a su diseño modular, los motores se pueden intercambiar según las necesidades de potencia y se puede configurar para un eje eléctrico o una transmisión central.

Suave como la mantequilla

El otro producto de transmisión, Emax, es una caja de cambios multirrelación para vehículos comerciales de clase 6 a 8. Según la empresa, su diseño multirrelación permite a los clientes ahorrar en el coste de sobredimensionar los motores. Sus embragues electromecánicos le permiten soportar hasta 5200 Nm de par en un conjunto de tan solo 45,7 cm de longitud. Gracias a su diseño modular, los motores, las carcasas y los ejes de salida se pueden cambiar para diferentes aplicaciones.

Tras el lanzamiento de TerraMax, Kimes afirmó estar entusiasmado con lo que esta arquitectura podría significar para el futuro de aplicaciones de alta potencia, como camiones de transporte, embarcaciones marítimas y plataformas de fracturación hidráulica.

“Me fui a Texas y hablé con algunos operarios de bombas de fracking”, dijo Daniel Knieper, vicepresidente de Software de Sigma Powertrain. “Allí, el tiempo de actividad es crucial. Si una de esas máquinas falla en una planta, pueden pasar cuatro semanas hasta que vuelva a funcionar. Bombean hasta tres barriles de petróleo por minuto, así que si están paradas durante cuatro semanas, el costo es enorme. Nuestro TerraMax elimina los enormes embragues hidráulicos. En Texas, los operarios dijeron que no pueden tolerar interrupciones en el par motor durante un turno, así que tiene que haber una distribución de potencia”.

“No hay interrupción del par motor, es increíblemente suave”, dijo Kimes. “En el sector marítimo, la misma transmisión podría ser un sistema híbrido paralelo. Se mantiene el diésel en un punto óptimo con la distribución de potencia. Pero en puerto, se utiliza energía totalmente eléctrica a velocidades de maniobra. En alta mar, se opta por un sistema híbrido o incluso diésel puro con la misma planta motriz”.