Uso del monitoreo de condición inalámbrico en el sector ferroviario

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    2017 junio 14, 10:00 CET

    Reemplazar los regímenes tradicionales de mantenimiento con el monitoreo de condición ayudará a los operadores ferroviarios a reducir el tiempo que pasan realizando mantenimiento de su material rodante, explican Nils Ekholm y Mark Rhodes, de SKF*.

    Lo más habitual en el sector ferroviario es realizar el mantenimiento de los trenes cada cierto tiempo o kilometraje. Aunque se ha utilizado con éxito durante muchos años, este régimen no tiene en cuenta si es realmente necesario sustituir las piezas. Tampoco es una manera eficaz de prevenir averías.

    El monitoreo basado en la condición (condition based monitoring, CBM), que mide parámetros como la vibración y la temperatura para detectar anomalías en una etapa temprana, se ha aplicado comúnmente durante mucho tiempo en muchos sectores. Sin embargo, el sector ferroviario ha tardado en adoptarlo, en parte debido a una serie de normas de seguridad que lo rigen, pero también por el hecho de que no se disponía de la tecnología adecuada. Recientemente, sin embargo, han salido a la luz una serie de nuevos impulsores de la industria que podrían hacer que se adopte más ampliamente el CBM en el sector ferroviario.

    El factor principal es la eficiencia. La programación ferroviaria está saturada, y las vías, cada vez más congestionadas. Los operadores ferroviarios están presionados para trabajar de la manera más eficiente posible y mantener su material rodante en buen estado de funcionamiento. Los trenes tienen que estar circulando sobre las vías, transportando pasajeros, en lugar de perder tiempo en depósitos de mantenimiento para repararlos.

    Pero si el mantenimiento es un lastre sobre los recursos, las interrupciones, causadas por averías, son aún peores. Por ello, además de reducir el tiempo de mantenimiento, los operadores ferroviarios deben minimizar las averías que causan tantas penurias a los pasajeros.

    El CBM puede ayudar a lograr esto de dos maneras principales: identifica prematuramente los problemas, lo que reduce el riesgo de averías; y puede revelar si las piezas "antiguas" se encuentran en perfecto estado, lo que a su vez ayuda a ampliar los intervalos de mantenimiento y a mantener los trenes fuera del depósito durante el mayor tiempo posible. La tecnología está bien probada en el sector de la fabricación, y empresas como SKF la han aplicado a la industria ferroviaria con un alto nivel de éxito.

    Información de las ruedas
    SKF ha avanzado aún más, mediante el desarrollo de un sistema inalámbrico de CBM, denominado SKF Insight, que se puede utilizar en los trenes. Se trata de adaptar un pequeño sensor en el conjunto de caja de grasa del juego de ruedas del tren, para detectar daños.

    El sensor recoge las pequeñas inconsistencias en la vibración de un rodamiento que comienza a fallar, a pesar de encontrarse en un entorno repleto de ruidos y otras vibraciones. Mediante sofisticados algoritmos y procesamiento de señales, se separa la señal del ruido, para garantizar que cada sensor produce datos precisos para su posterior análisis.

    Cada uno de los nodos de sensores inalámbricos presenta una variedad de diferentes sensores incluidos y es capaz de tomar varias mediciones diferentes relativas al estado del rodamiento, entre las que se incluye la envolvente de aceleración (gE) SKF y la temperatura. El nodo de sensores está equipado con GPS para determinar la localización y velocidad; acelerómetro de tres ejes; sensor de movimiento; sensor de temperatura; sensor de vibración de alta sensibilidad y alta frecuencia; y reloj en tiempo real. Cada nodo de sensores puede configurarse de manera remota para satisfacer las necesidades específicas de monitoreo del cliente individual y el horario de funcionamiento. Cuenta con una batería integrada, que evita la necesidad del cableado externo y ofrece una fuente de alimentación confiable, predecible y duradera.

    La envolvente de aceleración (gE) SKF es una medición de la vibración bien consolidada que se ha demostrado que da las primeras indicaciones de daños en el rodamiento. La medición estándar de vibración de aceleración se rectifica con el filtro de paso de banda y, finalmente, se obtiene la envolvente. Luego, se realiza un procesamiento avanzado y análisis de tendencias de la señal resultante mediante el software SKF @ptitude Observer. Con esta medición, no solo se detecta la presencia de daños; también se puede determinar qué componente del rodamiento presenta los daños (es decir, rodillos, jaula, camino de rodadura exterior, camino de rodadura interior). Para que la actividad de la vibración pueda clasificarse como sintomática de daños en el rodamiento, la actividad periódica debe estar constantemente presente en los datos en magnitud suficiente y en frecuencias muy específicas.

    Las mediciones de temperatura normalmente ofrecen una indicación significativamente más tardía de daños en el rodamiento que la gE, con aumentos repentinos y sostenidos de temperatura como indicación de un posible fallo inminente. La inclusión de los datos de temperatura sirve como factor complementario de los datos de vibración (gE), que constituyen la base de este análisis.

    Todo el sistema utiliza informes inalámbricos. Los datos del sensor se envían a un centro de diagnóstico remoto, mediante datos móviles. No es necesario instalar un engorroso enrutador a bordo, y se han eliminado todos los cables.

    Tras haberse utilizado en el sistema de prueba de concepto, la eficacia de la tecnología de sensores está bien demostrada. El sistema puede instalarse en pocos minutos, fijándolo en uno de los pernos que atornillan la cubierta de la caja de grasa en su lugar.

    Además de detectar el estado del rodamiento, el sistema también monitorea las aplanaduras de las ruedas. Estas, por lo general, se producen durante el frenado y, si no se controlan, pueden dañar las vías. Comúnmente, las aplanaduras de las ruedas se monitorean mediante detectores colocados junto a la vía, pero SKF Insight también puede realizar esta importantísima operación.

    Cálculo numérico
    Una cosa es recopilar y enviar los datos, pero otra muy distinta es procesarlos. Los operadores ferroviarios no quieren trabajar con montañas de datos e interpretarlos. Por el contrario, quieren recomendaciones claras para actuar. Por lo tanto, una vez que los datos se han procesado y analizado, se utilizan para generar un informe sencillo.

    En caso de que sea necesario adoptar medidas, se activa una alarma automática. Luego, los expertos de SKF comprueban los resultados y generan un informe, como recomendar una sustitución planificada del rodamiento.

    SKF ha trabajado para reducir la cantidad de datos que se envían al cliente, así como el número de falsas alarmas. Además de los datos de los rodamientos, el sistema analiza la información sobre la temperatura, así como la velocidad y los datos de posición mediante GPS. Todos los datos generados se almacenan en la nube de SKF.

    El sistema está saliendo de la fase de desarrollo, tras superar con éxito una prueba en el terreno: durante 2015, el sistema se instaló en un vehículo ferroviario propiedad del operador ferroviario nacional sueco, SJ, y diagnosticó con precisión tres rodamientos dañados. Como próximo paso, a principios de 2017, el sistema se instalará en más trenes para pasar por las fases de verificación y validación. Está previsto el lanzamiento del sistema completo en el primer semestre de 2017.

    * Nils Ekholm es director del equipo técnico para la nueva oferta de mercado en SKF, mientras que Mark Rhodes es director del equipo técnico para el proyecto de desarrollo en la empresa.

    Aktiebolaget SKF
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    SKF es uno de los principales proveedores mundiales de rodamientos, sellos, mecatrónica, sistemas de lubricación y servicios, entre los que se incluyen asistencia técnica, servicios de mantenimiento y confiabilidad, asesoramiento en el campo de la ingeniería y capacitación. SKF tiene representaciones en más de 130 países y cuenta con, aproximadamente, 17 000 distribuidores en todo el mundo. Las ventas anuales en 2016 fueron de 72 787 millones de coronas suecas, y el número de empleados fue de 44 868 www.skf.com

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