Los motores de los trenes de mercancías dependen casi exclusivamente del diesel. Las primeras locomotoras de carga diésel entraron en servicio en la década de 1930 y el número de trenes con motor diésel en Estados Unidos superó los 1.000 en 1940, la mayoría para el servicio de pasajeros.
Según los últimos datos disponibles de la Oficina de Estadísticas de Transporte de Estados Unidos (BTS), a finales de 2018 había algo más de 26.000 locomotoras de carga en funcionamiento en Estados Unidos, y 431 locomotoras de trenes de pasajeros AMTRAK. Otras agencias de tránsito estatales operaban servicios ferroviarios regionales impulsados predominantemente con motores diésel. Con la excepción de unas pocas líneas ferroviarias de pasajeros que están electrificadas (el corredor del noreste de Amtrak y la línea de Harrisburg, PA), el resto de los ferrocarriles de pasajeros y todo el ferrocarril de mercancías en los Estados Unidos es impulsado por diésel consumiendo 65 millones de galones de combustible diésel en 2018.
Mientras que el motor promedio de un automóvil hoy en día tiene alrededor de 200 CV, los motores de las locomotoras suelen comenzar con diez veces esa cantidad. Los operadores de trenes confían en la energía diésel en toda la gama de aplicaciones de energía ferroviaria:
- Los motores de locomotora más pequeños (hasta 2.000 caballos de fuerza) se utilizan en las operaciones de cambio de agujas en los patios de carga para armar y desarmar trenes o se utilizan en recorridos cortos de trenes pequeños.
- Los motores de locomotora más potentes (hasta 4.500 caballos de potencia) se utilizan principalmente para operaciones de trenes de mercancías de larga distancia por parte de los cinco ferrocarriles de clase I de Estados Unidos, los operadores de trenes cortos y las locomotoras de trenes de pasajeros de AMTRAK.
Los motores diesel tienen ventajas económicas sustanciales sobre otras fuentes de energía para las locomotoras. Además, las locomotoras diésel aceleran rápidamente y circulan a altas velocidades con mínimos daños en la vía. Funcionan con una eficiencia similar a la de las locomotoras eléctricas, pero no requieren las inversiones de capital en subestaciones y redes de distribución eléctrica.
Regulaciones y normas
La industria del diésel y los fabricantes de ferrocarriles siguen invirtiendo recursos y dando pasos hacia la producción de la tecnología de trenes más limpia posible. La tecnología de los motores diésel de las locomotoras ferroviarias ha avanzado mucho en los últimos años. La eficiencia del combustible ha aumentado un 61% desde 1980.
En 2004, la Agencia de Protección Medioambiental de EE.UU. (EPA) publicó su norma final sobre motores diésel no de carretera que exigirá que los motores de los trenes cumplan estrictas normas de calidad del aire. Como parte de esta norma, se exigirá que los trenes funcionen con un combustible diésel de bajo contenido en azufre que reduzca las emisiones de azufre en un 99%. Estas mejoras en el combustible supondrán beneficios inmediatos y significativos para el medio ambiente y la salud pública.
Al mismo tiempo, las normas sobre ferrocarriles limpios también exigirán el uso de tecnologías avanzadas de control de emisiones similares a las que ya se aplican a los camiones y autobuses diésel de gran tonelaje. La disponibilidad de combustible diésel no de carretera limpio significa que la tecnología avanzada de control de emisiones diésel limpias reducirá las emisiones de NOx y PM en un 90% de los nuevos motores ferroviarios.
Hoy en día, la transformación hacia las emisiones casi nulas en los motores de las locomotoras para todas las aplicaciones es completa, con los nuevos motores fabricados a partir de 2015 cumpliendo la normativa de emisiones Tier 4 de la EPA de EE.UU. tanto para las partículas como para los óxidos de nitrógeno. La sustitución de una sola locomotora de aguja antigua por un nuevo motor diésel Tier 4 de emisiones casi nulas puede generar los mismos beneficios de reducción de emisiones que retirar 8.000 coches de la carretera durante un año.
La tecnología ferroviaria avanzada ofrece beneficios para el aire limpio y el clima
Aunque las nuevas soluciones diésel Tier 4 de emisiones casi nulas para los ferrocarriles de pasajeros y de mercancías ya están aquí, su introducción en la flota de locomotoras puede llevar algún tiempo. Las investigaciones confirman que los motores de las locomotoras están en servicio una media de más de 50 años. Esto significa que hay una gran población de motores mucho más antiguos diseñados antes de que se exigieran las normas de emisiones que todavía están en servicio. La sustitución de estas locomotoras mucho más antiguas por nuevos motores diésel de emisiones casi nulas puede contribuir en gran medida a la reducción inmediata de las emisiones en las comunidades a las que prestan servicio.
El fabricante mundial de locomotoras Siemens se asoció con el fabricante de motores, Cummins, para desarrollar una locomotora de emisiones casi nulas para la envejecida flota de AMTRAK. Está previsto que en 2021 entren en servicio setenta y cinco nuevas locomotoras Charger de AMTRAK equipadas con potentes motores diésel Cummins QSK90 de 4.000 CV para reducir las emisiones en un 90% y ahorrar también combustible. Se espera que estos nuevos motores diésel más eficientes reduzcan las emisiones de C02 en un 10%.
Los motores diésel son capaces de integrar sistemas híbridos y no hay razón para que las locomotoras no puedan beneficiarse de estos avances. Los motores diésel de emisiones casi nulas se combinan con el ahorro de energía y la tecnología de almacenamiento para ofrecer un rendimiento medioambiental superior. El fabricante de motores MTU ha desarrollado un sistema híbrido PowerPak que puede adaptarse a cualquier aplicación ferroviaria para ofrecer una reducción del 25 por ciento de las emisiones de CO2 junto con las ventajas medioambientales de la norma Tier 4.
El aprendizaje automático puede hacer que las grandes máquinas sean más eficientes. ProgressRail, una división del fabricante de equipos Caterpillar, ha integrado controles electrónicos avanzados en los últimos diseños de locomotoras que combinan los beneficios de la reducción de emisiones Tier 4 casi nula con el rendimiento de ahorro de combustible. Si alguna vez ha visto una locomotora en acción, es posible que haya observado varias locomotoras funcionando en cadena para mover vagones de pasajeros o de tren. Las últimas innovaciones electrónicas permiten que estas locomotoras funcionen con la mayor eficiencia posible y eliminen el ralentí para ofrecer un rendimiento superior de ahorro de combustible.
El motor diesel original patentado por Rudolph Diesel hace más de 100 años fue diseñado para funcionar con biocombustibles. Hoy en día, los motores diésel antiguos y nuevos pueden funcionar con combustible diésel renovable y con mezclas de biodiésel de alta calidad para ofrecer una reducción significativa de las emisiones de gases de efecto invernadero. VirginAtlantic, que opera el servicio ferroviario de pasajeros de alta velocidad Brightline en Florida, se ha comprometido a utilizar biodiésel para reducir la huella de carbono del viaje en un 20%.