Ingeniería

Monitorización de estado aplicada a los ferrocarriles

Uno de los objetivos de los operadores de ferrocarriles, además del deseo de reducir los costes de mantenimiento, es aumentar la fiabilidad y la seguridad. La monitorización de estado es una tecnología desarrollada que ofrece nuevas posibilidades a la industria ferroviaria, ya que proporciona un enfoque proactivo para conseguir un ahorro económico y cumplir los objetivos de seguridad.

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Resumen

SKF ha desarrollado un sistema de monitorización de estado para la industria ferroviaria cuya tecnología presta apoyo a la necesidad de este sector industrial de incrementar constantemente la fiabilidad y seguridad, y de reducir los costes de mantenimiento. Dicho sistema de monitorización recoge datos de sensores montados en componentes de importancia clave, como ruedas, reductoras y ejes, y puede detectar problemas potenciales con suficiente precocidad como para poder planificar mejor el mantenimiento. SKF ha diseñado la tecnología de monitorización de modo que puede instalarse en vehículos nuevos o en uso.

Uno de los objetivos de los operadores de ferrocarriles, además del deseo de reducir los costes de mantenimiento, es aumentar la fiabilidad y la seguridad. La monitorización de estado es una tecnología desarrollada que ofrece nuevas posibilidades a la industria ferroviaria, ya que proporciona un enfoque proactivo para conseguir un ahorro económico y cumplir los objetivos de seguridad.

Tecnología

Uno de los objetivos de los operarios de ferrocarriles, además del deseo de reducir los costes de mantenimiento, es aumentar la fiabilidad y la seguridad. La monitorización de estado es una tecnología desarrollada que ofrece nuevas posibilidades a la industria ferroviaria, ya que proporciona un enfoque proactivo para conseguir un ahorro económico y cumplir los objetivos de seguridad.

El sistema de monitorización en línea SKF Multilog IMx-R (fig. 1) es un sistema desarrollado exclusivamente para aplicaciones en ferrocarriles e incorpora varios sensores modulares que monitorizan y transmiten simultáneamente una serie de datos sobre el estado operativo del bogie. Funciona con el software @ptitude Observer de SKF como parte de un sistema completo de protección y monitorización del estado mecánico.

Además de detectar prematuramente los fallos, el SKF Multilog IMx-R genera automáticamente recomendaciones para corregir condiciones existentes o inminentes. Asimismo, ofrece advertencias y alarmas automáticas dependientes de la carga y la velocidad. Esto inicia comunicaciones a bordo y externas, y activa el procesamiento de datos para un diagnóstico automático y el análisis de la causa raíz. Además de los datos recopilados, el sistema puede usarse como enlace para el mantenimiento de sistemas de gestión organizativa, de administración de repuestos y de pedidos de tareas, y para proporcionar al usuario final acceso al sistema y a datos a través de la Web (fig. 2).

Ventajas de la monitorización de estado
Una monitorización de estado eficaz brinda numerosas ventajas para el operario, incluyendo un menor coste de mantenimiento en general y una reducción de los costes operativos gracias a la detección prematura de daños. Esto permite optimizar el calendario de mantenimiento, reduciendo así su necesidad en general y la de los costes asociados a las horas extra. Asimismo, la monitorización de estado ofrece una mayor fiabilidad en los vehículos y la optimización de la logística de los repuestos.

En la práctica, un sistema de monitorización completo implica supervisar una serie de equipos de importancia decisiva en los bogies, como las ruedas, los rodamientos de las cajas de grasa, las reductoras, y el motor de tracción (fig. 3).

Monitorización de ejes montados
El alojamiento de la caja de grasa puede equiparse con un sistema de sensor multifunción SKF Axletronic (fig. 4). Este sistema suministra datos operativos del eje montado al SKF Multilog IMx-R. La información se usa para determinar las condiciones del eje montado, incluyendo la forma y los planos de las ruedas. Los cálculos en tiempo real también utilizan los datos de la velocidad del eje.

En lugar de calendarios de mantenimiento arbitrarios, basados en tiempo, el SKF Multilog IMx-R permite aplicar un mantenimiento mucho más rentable, basado en el estado del componente, que optimiza las distancias de funcionamiento del eje montado sin comprometer la seguridad ni la fiabilidad.

Monitorización de los rodamientos de las cajas de grasa
Durante decadas, los rodamientos de las cajas de grasa se han monitorizado mediante sistemas estacionarios montados junto a la vía y con sistemas de detección de ruidos que sólo pueden revelar la existencia de componentes dañados o muy desgastados. Cuando se detectan fallos en estado avanzado los trenes deben detenerse para poder sustituir los vagones defectuosos. El SKF Multilog IMx-R hace que estos caros retrasos operativos sean algo del pasado.

Unos sensores de vibraciones para los rodamientos de las cajas de grasa montados en el alojamiento de la caja de grasa o integrados en el rodamiento detectan frecuencias dinámicas de elementos como los rodillos y los caminos de rodadura del aro interior, y también de las ruedas dentadas. El SKF Multilog IMx-R utiliza estos datos, además de la información sobre la geometría específica del rodamiento y la velocidad del eje, para identificar problemas con mucha anticipación, propiciando una planificación más rentable del mantenimiento y una optimización de los ciclos de vida del rodamiento.

Monitorización del sistema de propulsión
Los sensores de vibraciones de rodamientos SKF Multilog IMx-R pueden monitorizar motores de tracción, rodamientos y ruedas dentadas de reductoras, y ejes de transmisión y acoplamientos. Además de las frecuencias de las vibraciones, el sistema procesa la velocidad, la carga y la desmultiplicación de la reductora para detectar desequilibrio, desalineación, desviación del eje, piezas sueltas, rodamientos o ruedas dentadas dañadas, y resonancia (fig. 5). Como parte del sistema puede incluirse la temperatura, el nivel y el estado del aceite de la reductora, o el funcionamiento en modo autónomo.

Aplicación en el metro de Barcelona
La extensa red del metro de Barcelona consta de varias líneas de trayecto subterráneo en las zonas centrales de la ciudad y con tendido exterior en el extrarradio. El 31 de julio de 2010 abarcaba siete líneas con 115 estaciones y 103 km de vías.

Transportes Metropolitanos de Barcelona (TMB) decidió equipar algunos bogies (en diferentes trenes) de coches de la serie 5000 (fig. 6) con un sistema de monitorización de estado (fig. 7). Estos trenes son muy modernos, con una velocidad máxima de 80 km y una potencia total instalada de 2.000 kW. SKF aportó las funciones de ingeniería de su sistema de monitorización del estado de bogies y suministró todo el equipo, material técnico, software y sensores necesarios. Además, supervisó el montaje del sistema y posteriormente también realizó su puesta en servicio. El “pack” de servicio abarca el seguimiento de las alarmas y el informe periódico del estado de los bogies. La comunicación de datos se lleva a cabo a través del sistema Universal Mobile Telecommunications (UMTS).

La instalación en los bogies permite la plena monitorización del subsistema de la reductora, del motor de tracción, del acoplamiento y de las cajas de grasa, así como el registro de la interacción entre la rueda y el raíl para el desarrollo del algoritmo de identificación del estado de la vía.

En esta aplicación concreta se ha dedicado una atención especial a la capacidad de monitorizar el motor de tracción (fig. 8) y la reductora (fig. 9) para poder detectar los siguientes parámetros:

  • desequilibrio,
  • desalineación,
  • desviación de ejes,
  • piezas sueltas,
  • daños en rodamientos,
  • daños en ruedas dentadas,
  • resonancia.

Las señales de todos los sensores de bogie instalados se envían a la unidad de monitorización instalada a bordo, que tiene capacidad de leer y procesar datos continuamente. En caso de detección de una alarma, el sistema la envía inmediatamente; si no, los datos se transmiten una vez al día a un servidor remoto donde se almacenan para que posteriormente los expertos del servicio de monitorización de estado de SKF analicen esa información con el software @ptitude observer. Transportes Metropolitanos de Barcelona tiene acceso continuo a las señales del bogie a través de Internet gracias a una aplicación dedicada de SKF.

Esta tecnología permitirá a Transportes Metropolitanos de Barcelona planificar las tareas de mantenimiento de los bogies equipados con el sistema de monitorización en línea según el estado del equipo del bogie. En síntesis, esta aplicación:

  • reducirá los costes totales de mantenimiento,
  • reducirá los costes operativos gracias a la detección temprana de los problemas, permitiendo así optimizar y planificar el mantenimiento en el momento más conveniente,
  • reducirá la paralización de los vehículos,
  • reducirá el número de paradas para el mantenimiento de los trenes,
  • reducirá las horas extras por mantenimiento,
  • incrementará la fiabilidad de los vehículos,
  • optimizará la logística de los repuestos.

De este modo, la tecnología de monitorización de estado desarrollada por SKF ofrece soporte a la industria ferroviaria. Cumple los requisitos más rigurosos de fiabilidad y seguridad, y al mismo tiempo contribuye a reducir costes de mantenimiento gracias a la posibilidad de una mejor predicción de la avería de componentes clave cuando la tarea de corrección puede planificarse eficientemente.

@PTITUDE, AXLETRONIC y MULTILOG son marcas registrada del Grupo SKF.