A Sigma Powertrain tem como alvo equipamentos para os setores de mineração, petróleo e gás.

Transmissão TerraMax da Sigma Powertrain. (Foto: Sigma Powertrain)

Há meia dúzia de caminhões de mineração estacionados na sede da Sigma Powertrain em Livonia, Michigan. São modelos em escala 1/50, feitos de metal fundido, e estão na sala de conferências, mas esse pequeno detalhe não diminui o impacto de sua presença. Subúrbio a oeste de Detroit, Livonia é a capital metropolitana dos motores. A região é dedicada a automóveis e caminhões leves.

“Eu não empurro uma corda, eu vou para onde sou puxado”, disse John Kimes, fundador, presidente e CEO da Sigma Powertrain. “Começamos a desenvolver soluções de powertrain para aplicações comerciais. Nossa ideia era desenvolver o software e demonstrar que nossa tecnologia funcionava em caminhões Classe 8, substituindo transmissões manuais automatizadas. Nossa filosofia de projeto é que, em qualquer linha ou classe de powertrain que estejamos desenvolvendo, consideramos o pior cenário de ciclo de trabalho e projetamos para ele.”

Uma empresa repleta de engenheiros

Fundada em 2016, a tecnologia principal da Sigma Powertrain inclui arquiteturas patenteadas de caixas de câmbio com múltiplas relações de transmissão, mecanismos de embreagem, dispositivos eletromecânicos para sistemas de propulsão elétrica, software de controle e sistemas de proteção de componentes com automonitoramento.

“Somos uma empresa repleta de engenheiros que inventam coisas e as levam ao mercado”, disse Kimes. “Não fazemos fundição nem usinagem porque não precisamos. Há muita capacidade disponível no mercado atualmente. Estou prestes a dobrar o tamanho da empresa em termos de pessoal, e isso se limitará à equipe de suporte.”

O fundador, presidente e CEO John Kimes discute caminhões de transporte para mineração e soluções de transmissão na sala de conferências da sede da Sigma Powertrain, na região de Detroit. (Foto: Chad Elmore)

Enquanto falava sobre a evolução da empresa, Kimes moveu os modelos de caminhões basculantes para a mesa da sala de conferências, onde foram estacionados com as rodas para cima.

“Um cara na Austrália perguntou se poderíamos pegar nossa tecnologia e adaptá-la para caminhões de mineração com acionamento mecânico”, disse Kimes. “Estudamos a transmissão que estava sendo usada. É um componente pesado, em balanço no eixo traseiro. O eixo tem seu próprio ecossistema e muita tecnologia envolvida. Para que as mineradoras eletrifiquem suas frotas, a transmissão se tornará obsoleta e elas precisarão de caminhões com motores de cubo e conjuntos de engrenagens planetárias.”

Substitutos aparafusados

O caminhão de transporte de dez rodas que apresentou a Sigma Powertrain à indústria de mineração foi lançado em 2019, mas não passou da fase de protótipo. Para Kimes, no entanto, uma semente havia sido plantada. A equipe continuou a estudar caminhões de transporte.

“Percebemos que qualquer solução que criássemos para mineração precisava se encaixar no lugar da transmissão original. Tudo tinha que ficar no eixo”, disse Kimes. “Projetamos uma transmissão que se encaixa perfeitamente e transmite mais torque para o solo do que o grande motor a diesel dianteiro.”

A nova transmissão TerraMax de divisão de potência da Sigma é baseada na arquitetura totalmente elétrica de cinco velocidades TerraMax e substitui facilmente as transmissões originais de fábrica de caminhões de transporte de grande porte. A empresa afirma que ela combina os melhores atributos de transmissões mecânicas, sistemas híbridos e propulsão elétrica em uma única plataforma modular. Foi projetada para 30.000 horas de operação em transporte pesado.

Na classe TerraMax de 250 toneladas, um sistema mecânico transmite a maior parte da energia diretamente para as rodas, enquanto os motores elétricos gerenciam o fluxo de energia e a demanda transitória. O projeto permite que o motor a diesel opere em sua faixa ideal de consumo de combustível, enquanto a frenagem regenerativa captura energia nas descidas e a devolve para a bateria para a próxima subida.

A Sigma Powertrain instalou uma linha de montagem em sua sede em Livonia, Michigan. (Foto: Sigma Powertrain)

Alimentando casos extremos

Caminhões de transporte com capacidade entre 100 e 150 toneladas utilizariam um sistema com um único motor de 1 MW e cinco velocidades, enquanto caminhões de transporte de classe ultra, na faixa de 250 toneladas, receberiam um par de motores de 1 MW em um sistema híbrido com divisão de potência ou com cinco velocidades.

“Nossa caixa de engrenagens foi projetada para 5 MW, então dois motores independentes se unem em um conjunto de engrenagens comum na transmissão e se combinam para gerar uma potência comum para as rodas”, disse Kimes. “Ao substituir essa transmissão e o sistema hidráulico pelos nossos, o minerador teria uma economia de 15% no consumo de combustível, considerando apenas as perdas parasitas. E se houver regeneração de energia durante a descida na mina, obteremos mais 15%. Quem se importa com essa porcentagem se o caminhão de transporte for um BEV (veículo elétrico a bateria), mas acreditamos que a maioria desses caminhões serão híbridos em série.”

“Esses caminhões têm motores a diesel enormes porque precisam de toda essa potência para situações extremas, como durante a partida, para conseguirem se movimentar sob carga máxima. Depois que começo a me mover, minha demanda de torque diminui. Esses caminhões, sem nenhum tipo de eletrificação, têm motores a diesel monstruosos para conseguirem subir a ladeira. Quando você complementa ou substitui esse diesel por um sistema elétrico capaz de realizar esse trabalho, ele precisa oferecer potência média, não potência de pico. Eu só preciso de um gerador a diesel capaz de me manter durante um ciclo com alguma margem de segurança, e preciso de um conjunto de baterias com capacidade suficiente para me levar até a estrada da mina. Quando estou subindo a mina, que é a situação extrema, a combinação de bateria e diesel me dá a potência necessária para subir.”

“Quando minha bateria se esgota no topo, ela recarrega porque agora estou com potência abaixo da média. Quando desço, recarrego a bateria durante toda a descida. Quando chego ao pé da colina, recarrego, e o processo se repete. Com o TerraMax, o motor e a bateria podem ser reduzidos em tamanho. Temos um especialista em adaptações na Austrália que calculou uma redução de 43% usando nosso sistema juntamente com um gerador a diesel menor. Essa é a estratégia por trás disso tudo.”

A transmissão da série MID está no mercado há alguns anos. (Foto: Sigma Powertrain)

Transmissões em produção

Enquanto a Sigma Powertrain prepara a transmissão TerraMax para produção, ela já possui duas transmissões menores no mercado, especificadas para diversos fabricantes de equipamentos originais (OEMs). A Sigma também licenciou grande parte de sua tecnologia patenteada de embreagem eletrônica.

A empresa lançou a transmissão da Série MID há três anos para uso em veículos comerciais elétricos leves e médios. A caixa de câmbio de três velocidades utiliza tecnologia patenteada de embreagem elétrica e software desenvolvido internamente. A empresa afirma que o conjunto motopropulsor permite que os fabricantes de veículos alcancem um aumento de pelo menos 10% na autonomia, reduzam o tamanho do conjunto motopropulsor em 30% e diminuam o peso do veículo, substituindo um sistema de acionamento direto maior. Os motoristas de veículos comerciais das classes 1 a 6 equipados com a Série MID notarão trocas de marcha praticamente imperceptíveis e uma melhora significativa na subida de ladeiras.

Disponível como um sistema de propulsão plug-and-play, a Série MID utiliza motores elétricos da Cascadia Motion, Dana TM4 e outros, incluindo inversor, trocador de calor, controlador de propulsão e bomba de óleo. Com os motores fornecidos, opera como um sistema de propulsão BEV de 300 hp e três velocidades. Com um design modular, os motores podem ser trocados de acordo com os requisitos de potência e o sistema pode ser configurado para um eixo elétrico ou um layout de tração central.

Suave como manteiga

O outro produto da linha de transmissão, o Emax, é uma caixa de câmbio com múltiplas relações para veículos comerciais das classes 6 a 8. Segundo a empresa, seu design com múltiplas relações permite que os clientes economizem com o custo de motores superdimensionados. Suas embreagens eletromecânicas permitem suportar até 5.200 Nm de torque em um conjunto de apenas 45,7 cm de comprimento. Com um design modular, os motores, as carcaças e os eixos de saída podem ser trocados para diferentes aplicações.

Após o lançamento do TerraMax, Kimes disse estar entusiasmado com o que a arquitetura pode representar para o futuro de aplicações de alta potência, como caminhões de transporte, embarcações marítimas e plataformas de fraturamento hidráulico.

“Parti para o Texas e conversei com alguns especialistas em bombas de fraturamento hidráulico”, disse Daniel Knieper, vice-presidente de Software da Sigma Powertrain. “O tempo de atividade é crucial lá. Se uma dessas máquinas parar em uma obra, pode levar quatro semanas para colocá-la em funcionamento novamente. Elas bombeiam até três barris de petróleo por minuto, então, se ficarem paradas por quatro semanas, o custo é enorme. Nosso TerraMax elimina as enormes embreagens hidráulicas. No Texas, os especialistas disseram que não podemos tolerar interrupções de torque durante um turno, então precisa haver uma divisão de potência.”

“Não temos interrupção de torque, é extremamente suave”, disse Kimes. “Na indústria naval, a mesma transmissão poderia ser um híbrido paralelo. Você mantém o motor a diesel em uma faixa ideal com a divisão de potência. Mas quando você está no porto, está operando totalmente em modo elétrico em velocidades de manobra. No mar, você usa o sistema híbrido ou até mesmo o motor a diesel puro da mesma unidade de potência.”