Autor: Richard Robertson

Uso de monitorización inteligente para mantener los trenes en marcha.

Nuestro experto en monitorización de estado Richard Robertson, Director Gerente de Pandrol en Plymouth, Reino Unido, comparte sus conocimientos técnicos y experiencia en el uso de la monitorización de datos para impedir los tiempos de paralización en las condiciones de la época otoñal

«Las hojas de árboles presentes en la línea férrea son un problema corriente, en particular en otoño, estación en la que pueden plantear un grave desafío a los operadores ferroviarios, provocando retrasos de los trenes e incluso haciendo necesaria su puesta fuera de servicio temporal. Esta situación es incluso peor en países de todo el mundo con áreas de gran densidad forestal tales como Norteamérica, Canadá, partes del Reino Unido y Europa.

Para situar el problema en su contexto, un árbol maduro puede perder entre 10.000 y 50.000 hojas y, cada otoño literalmente miles de toneladas de hojas caen a las líneas ferroviarias ya solo en el Reino Unido. Network Rail, propietario y operador de la mayor parte de la infraestructura ferroviaria del Reino Unido, intenta contener los retrasos a niveles mínimos manteniendo replegados hacia atrás los árboles y la vegetación a lo largo de la vía férrea, además de desplegar ‘rompehojas’ que proyectan potentes chorros de agua directamente sobre las líneas férreas para despejar las hojas caídas.

Algunos operadores ferroviarios llegan incluso al extremo de publicar ‘horarios de hojas de árboles’ en otoño, que asignan a los trenes unos tiempos más largos para realizar sus viajes y decelerar en estaciones, ayudándoles a seguir siendo puntuales. ¿Pero, dejando de lado los horarios, por qué resultan tan problemáticas para los operadores ferroviarios las hojas caídas sobre la línea férrea y qué nuevas innovaciones existen en el mercado para aportar soluciones?

Comprensión del problema

Las hojas caídas sobre la vía hacen que los carriles resulten resbaladizos y que los trenes presenten una menor adhesión. Esto puede provocar el patinaje de las ruedas cuando el tren está cogiendo velocidad y un bloqueo de las ruedas cuando el tren está frenando. Si bien es cierto que se han logrado grandes avances en el desarrollo de mejores sistemas Antipatinaje de las Ruedas (WSP) para los trenes, éstos solo pueden optimizar la adhesión existente entre la rueda y el carril. Los sistemas WSP intentan proteger las ruedas del tren durante una parada, pero una transición rápida de carril resbaladizo a carril seco y viceversa puede, a veces, provocar la aparición de planos en las ruedas durante el frenado.

Los planos se producen cuando el eje montado con ruedas de un vehículo ferroviario es arrastrado a lo largo del carril después de que la rueda/eje haya dejado de girar. Habitualmente, los planos son provocados por el freno de emergencia o por condiciones de patinaje y deslizamiento que provocan el bloqueo de las ruedas mientras el tren todavía se está moviendo. Los planos son más corrientes en otoño y en invierno cuando los carriles están resbaladizos pero también pueden ser provocados por unos frenos o rodamientos defectuosos de los ejes montados. Una vez aparecen estos planos, provocan el característico ‘pamb-pamb-pamb’ que escuchan los viajeros del ferrocarril durante el otoño a medida que las ruedas dañadas impactan en los carriles duros debajo de las mismas. El sonido se genera en el momento en que los bordes del plano de rueda impactan en el carril, pero, a medida que las esquinas cortantes del plano se desgastan con el tiempo, aumenta la fuerza de impacto y se reduce el ruido, lo cual resulta difícil de detectar para el oído humano.

Si el plano tiene una superficie muy pequeña, se podrá continuar utilizando el vehículo ferroviario. El defecto se elimina más adelante en el proceso de torneado de los ejes montados. Sin embargo, debido al calor que las ruedas sufren al ser arrastradas a lo largo del carril y a los impactos que sufren a continuación, es más probable que estas ruedas se rompan debido a los cambios en la estructura de la aleación. Si el plano es muy grande, es posible que se hayan adherido hebras de metal fundido en un lado del plano, haciendo imposible que la rueda gire debido a un huelgo insuficiente entre el plano de rodadura y el bloque del freno. En este caso, se debe sustituir inmediatamente el eje montado con ruedas. En casos extremos, una rueda con un plano sin tratar puede provocar daños a la vía y el descarrilamiento de un tren. En caso contrario, unas ruedas lisas, pero ‘ovaladas’, generan incluso más fuerza a medida que acelera el tren, hasta que las fuerzas resultan muy dañinas para los carriles. A valores extremos, estas fuerzas pueden ser suficientemente grandes para romper los carriles que ya presentan pequeñas grietas o defectos.

Manteniéndose alerta al estado de las ruedas y los ejes

Un buen ejemplo de una situación extrema provocada por un plano de rueda es el que ocurrió con el metro-ferrocarril del Norte de Nueva York, en el cual un plano generaba tanta fuerza de ‘desequilibrado’ en su eje que el eje se rompió, enviando la rueda al río Hudson. Las consecuencias podrían haber sido claramente mucho peores ya que los trenes pasan por un viaducto a través de Manhattan en su viaje hacia la Gran Terminal Central. Por este motivo, la Administración Ferroviaria General (FRA) ordenó que la compañía ferroviaria Metro-North debía llevar a cabo inspecciones visuales periódicas de sus ruedas. ¡Ésta no es una tarea fácil, ya que representa un total de 13 millas de superficie de contacto que se deben inspeccionar a diario para detectar posibles defectos!

En lugar de implementar el enfoque de inspección visual, Metro-North se decantó por un Sistema Automático de Inspección (AIS) mucho más eficiente, en forma de WheelChex®, integrado por 32 MultiSensors™ de Vortok en cada una de las cuatro vías del Túnel de la Park Avenue bajo Manhattan; un total de 128 sensores por instalación. A diferencia de los sistemas AIS tradicionales que utilizan galgas extensiométricas encoladas, difíciles de instalar y con altas necesidades de mantenimiento, los sensores de Vortok se montan embebidos en los carriles y crean una formación que mide el perfil de esfuerzo de cada rueda a su paso por encima del sistema. Este perfil de esfuerzo se utiliza para determinar la concentricidad y lisura de cada rueda, monitorizando el peso medio y el esfuerzo pico (provocado por impactos) de las ruedas.

"Los sensores de Vortok se montan embebidos en los carriles y crean una formación que mide el perfil de esfuerzo de cada rueda a su paso por encima del sistema."

Un buen índice del estado de una rueda consiste en calcular el ratio entre la carga media y la carga pico y expresarlo en forma de un simple número. Cualquier valor que esté por encima de un ratio de dos es digno de mencionar y se comunica a personal de mantenimiento de los trenes y cualquier valor por encima de cinco constituye una emergencia, que provoca la parada del tren tan pronto como es posible detenerlo de modo seguro. Esta información, combinada con el análisis de los datos de ruedas, ha permitido a la compañía Metro-North promover un sistema de gestión de ruedas que permite medir de manera precoz los planos de rueda y luego realizar un seguimiento del estado de cualquier daño en una rueda a lo largo del tiempo.

El sistema WheelChex, basado en sensores de Vortok, ha sido tan fiable para Metro-North que la empresa, en colaboración con Long-Island Railroad, lanzó una Petición de Ofertas para la construcción y suministro de tres casetas de ‘Detectores de Fallos de Tren’ (TFD) para construirlas sobre su implementación original, añadiendo la detección de ruedas y rodamientos calientes, además de una mejora en el análisis de datos. El contrato fue adjudicado a Vortok International, que combinó la tecnología WheelChex existente con los sistemas de detección de rodamientos y ruedas calientes de Progress Rail, para crear una ‘primicia’ en el sector del tráfico ferroviario de Estados Unidos en la que se combinan estas mediciones en un solo lugar.

Este innovador sistema TFD proporciona una amplia vista sinóptica del estado de las ruedas y los ejes y permitirá a las compañías ferroviarias beneficiarse de información operativa en forma de mensajes y alertas que les permite saber si un vehículo concreto está planteando un riesgo para la infraestructura. Con los nuevos algoritmos de cálculo de tendencias, será posible anticipar y evitar algunas de las situaciones de pánico que se producen cuando caen hojas de árboles a las vías en otoño, que es cuando se produce la mayor parte del daño sufrido por las ruedas.

La innovación en este sector ha conducido a soluciones que no solo superan los problemas evidentes originales, como los planos de rueda en otoño, sino que también abordan problemas complejos tales como la detección de ruedas y rodamientos calientes. Con los datos estadísticos que proporciona el sistema TFD, las compañías ferroviarias estarán también en mejores condiciones para planificar adquisiciones de materiales y beneficiarse de unos mejores precios y plazos de entrega. Habrá que esperar con entusiasmo para ver hasta dónde llega esta tecnología desde aquí.