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rámetros, análisis y diagnóstico,organización y planificación deintervenciones que no afectan alservicio del equipo y que tratande ajustar al máximo la vida útildel elemento en servicio, planifi-cando la intervención antes deque el fallo se produzca.

La aplicación potencial de las téc-nicas de mantenimiento predicti-vo es importante y diversificada.Los indicios sobre los resultadosson prometedores, sobre todo, sise extrapolan a las característicasdel material motor ferroviario. Lasaplicaciones en sectores, como elnaval, en donde el mantenimien-to predictivo se ha hecho en laactualidad casi imprescindible.

Nuestro proyecto se ha dirigidoal campo de la tracción eléctrica,en concreto, a la locomotoraS/252, donde la aplicación delmantenimiento por condiciónsupone una innovación en lastécnicas de mantenimiento deMIT (Mantenimiento Integral deTrenes, RENFE).

Las locomotoras S/252 son lasmás modernas en RENFE y unode los últimos desarrollos a nivelmundial. Utilizan cuatro motoresde tracción asíncronos de 1.400kW, uno por eje, alimentadosmediante convertidores cc/ca defrecuencia variable, a base de se-miconductores GTO, cuya regu-lación se efectúa mediante con-trol vectorial.

Cada locomotora constituye unaplanta de unas 90 t capaz de re-molcar trenes con velocidades dehasta 220 km/h que, además delos ya mencionados motores detracción, alberga diversas máqui-

En los últimos años, el desarrollode la electrónica y el aumento dela capacidad de cálculo de los or-denadores ha permitido un granimpulso de tecnificación y auto-matización de los procesos indus-triales, que ha inducido a una au-téntica revolución en la concep-ción del mantenimiento industrial.Técnicas avanzadas como el aná-lisis de vibraciones, ensayos die-léctricos, análisis de partículas deaceite, etc., han posibilitado lamejora de los rendimientos delmantenimiento a base de ensa-yos no destructivos. Prueba deello es la incorporación de lasmismas en las plantas más repre-sentativas de toda la industriamundial.

El mantenimiento predictivo sebasa en el conocimiento del es-tado operativo de una máquina oinstalación. Este tipo de manteni-miento es asimilable al preventi-vo, en el que el conocimiento dela condición operativa se realizaa través de la medida continua,el análisis y el control de deter-minados parámetros, que son in-dicadores del estado de salud ocondición del sistema. Lo quepermite la intervención sobre elmismo, permitiendo planificar laoperación de antemano y opti-mizar los recursos dedicados almantenimiento, a la vez, que seelimina la incertidumbre sobre elestado de las máquinas o instala-ciones.

El mantenimiento predictivo opreventivo por condición com-prende un conjunto de técnicasde inspección: adquisición de pa-

1. Introducción

Diagnóstico Técnico y Mantenimiento Predictivo

Implantación de un sistemade mantenimientopreventivo por condiciónen tracción ferroviaria

Pilar Ibarz Padrosa y Marcelo Pérez Alonso

Se analiza la aplicaciónpotencial de las técnicas de

mantenimiento predictivo enun proyecto dirigido al

campo de la traccióneléctrica: la locomotora

S/252. Aquí, la aplicación delmantenimiento por

condición supone unainnovación en las técnicasde mantenimiento de MIT

(Mantenimiento Integral deTrenes, RENFE).

los motores de tracción, tenien-do en cuenta que en la actuali-dad la primera causa de avería(42% del total) es la debilidaddel aislamiento frente a las muyduras condiciones de funciona-miento de estos motores. Laspruebas que se realizan son: re-sistencia del aislamiento a masa,índice de polarización, índice deabsorción, capacidad y saltos detensión, complementadas en al-gunos casos con medidas detangente de delta y sobreimpul-sos. La periodicidad de estos en-sayos se ha ampliado en la ac-tualidad a 350.000 km de fun-cionamiento de la locomotora.

- Análisis de aceite. Control sis-temático de las características ycontenido en partículas del aceitedel cárter y del aceite dieléctricodel cofre de reactancias.- Tiempo de accionamiento decontactores. Aprovechando lacapacidad de diagnóstico de la lo-comotora, se realiza el segui-miento de la evolución del tiempode apertura y cierre de los princi-pales contactores.Por su importancia, en cuanto a ca-pacidad de diagnóstico y campo deaplicación, el análisis de vibracio-nes merece una mención aparte.

nas rotativas auxiliares, así comouna laboriosa circuitería neumáti-ca para freno y otros serviciosauxiliares.

Sobre los elementos considera-dos críticos de la locomotora, seutilizan distintas técnicas demantenimiento predictivo, segúnse indica en la Tabla I.

En una primera fase, se realizaronuna serie de medidas continuadascon el fin de nutrir las bases de da-tos. En la etapa actual, se han defi-nido los intervalos de medida y sehace coincidir con revisiones pro-gramadas en la locomotora.

A continuación, se describen bre-vemente las técnicas utilizadas,así como algunos problemas es-pecíficos que de la aplicación sederivan.

- Análisis de vibraciones. Sebasa en la obtención y análisis dela onda en el tiempo, caracterís-tica de la vibración y su espectrode frecuencia. Los modos de fa-llo característico de las máquinasse asocian a la presencia de cier-tos armónicos o a una elevadaamplitud de estos. El objetivo es,fundamentalmente, la detecciónde desequilibrios, excentricida-des, desalineaciones, holguras,etc. y el estudio pormenorizadode rodamientos (46 por locomoto-ra) y engranajes.- Análisis espectral de la co-rriente. Esta técnica es semejan-te a la de medida de vibracio-nes, en cuanto al tratamiento dela señal, pero utilizando una pin-

za amperimétrica como sensor.En un principio, se utilizaba estatécnica como herramienta deapoyo al análisis de vibracionespara la confirmación de averías.Más recientemente, hemos podi-do comprobar la gran potenciaque el análisis espectral de la co-rriente estatórica tiene para ladetección de problemas eléctri-cos en rotor como, por ejemplo,la detección de excentricidades,barras rotas, mal estado del ani-llo de cortocircuito, etc.

- Medida de la impedancia debaterías. Técnica que utiliza elvalor de la impedancia de los va-sos y su evolución en el tiempo,como variable significativa delestado de la batería, con la ven-taja que supone el poder realizarlas pruebas sin necesidad de des-conectarla de la locomotora.- Análisis del flujo axial. Se basaen el análisis espectral del flujode dispersión axial del motor.Tiene por objeto la detección in-cipiente de problemas de aisla-miento, además de servir de apo-yo al diagnóstico realizado porotros métodos. - Ensayos dieléctricos de ais-lamientos. Su aplicación siste-mática y periódica se restringe a

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Diagnóstico Técnicoy Mantenimiento

Predictivo

2. Técnicas utilizadas

Análisis Análisis Flujo Análisis Test Tiempo Magnit.vibración corriente Axial Aceite Aislam. Acceso Eléctric.

Motor Tracción X X X X XReductor X XCajas Grasa XMotor Ventilador X X X XReactancia X XBatería XContactores X

Fig.1. LocomotoraS/252

Tabla I. Técnicas aplicadas

ra y se lleva, mediante cablesalargadores, la señal de vibracióndesde los diferentes aceleróme-tros a dos cajas conmutadorasque permiten seleccionar en cadamomento la máquina rotativa de-seada.• La toma de medidas se efectúaa las velocidades de ensayo pro-gramadas

Como conclusión de estas distin-tas pruebas, se ha comprobadoque los resultados obtenidos sonválidos en análisis de tendenciasy para comparar con máquinasanálogas, siempre que las condi-ciones con las que se realizan lasmedidas sean las mismas

Con el fin de optimizar el métodode trabajo y reducir en lo posibleel tiempo del proceso, se ha con-siderado la opción triaxial en losacelerómetros, que permite to-mar la señal vibratoria en las tresdirecciones perpendiculares: ra-dial, axial y tangencial. Se ha es-timado necesario incluir tacos defijación para los acelerómetros,con el fin de asegurar la idénticasituación en las distintas medicio-nes y la correcta colocación delos acelerómetros. La asociaciónde códigos de barras a cada posi-ción de medida contribuye a re-ducir la posibilidad de confusión.

El análisis se realiza con la ayudade un sistema de software espe-cífico que soporta el análisis y se-guimiento de tendencias de am-plitudes, fases, valores globales yvariables de proceso. Este siste-ma posibilita la elaboración demáscaras y dispone, entre otrasfunciones avanzadas, del análisisCepstrum que se utiliza en en-granajes y rodamientos.

En cuanto al análisis, los princi-pales inconvenientes detectadosse refieren a las característicaspropias de funcionamiento de losmotores, así como de las interac-ciones entre ellos:

- Los motores de tracción funcio-nan a velocidad variable, en am-bos sentidos, actuando como ge-neradores en las fases de frenadode la locomotora. Estas caracte-rísticas imponen, como herramien-ta habitual de comparación

2.1 Análisis devibraciones

El problema inicial a resolver hasido la validación de los datos ob-tenidos en un banco de pruebaspara lo cual se han realizado me-didas comparativas en vía, condistintas condiciones de veloci-dad y carga, de las que se hanestableciendo factores correcto-res y correlaciones entre resulta-dos.

- Condiciones en banco:• Los ensayos realizados en ban-co se hacen con el motor de trac-ción y reductores prácticamentesin carga.

• El apoyo de la locomotora en elbanco de trabajo se realiza porla parte inferior de las cajas degrasa, con lo que las ruedas y elsistema de amortiguación pri-maria queda libre de esfuerzos,sólo sujeto a su propio peso. Dealguna manera, se está modifi-cando la forma de funcionamien-to de los elementos rotativos, enespecial de las propias cajas degrasa.• Nivelación del banco de ensa-yos. Los ensayos de la locomoto-ra en su estado estático, ofrecenresultados que dependen de lanivelación de la locomotora.

- Toma de datos en vía:• Se instrumentaliza la locomoto-

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I N D U S T R I A L E S

marzo/abril 99

Fig.2. Espectrode corrientesmotor auxiliar

Fig.3. Espectroflujo axial

el control de calidad en la recep-ción de equipos reparados y derepuesto, de esta y otras seriesde locomotoras.

Se están iniciando estudios y rea-lizando las primeras pruebas paraanalizar la viabilidad de la amplia-ción de este tipo de mantenimien-to a otros campos del ámbito fe-rroviario, en concreto, a otro tipode locomotoras con tracción decorriente continua y a coches deviajeros.

de resultados, el utilizar los órde-nes de armónicos en lugar de susfrecuencias absolutas. Por otraparte, debe considerarse la difi-cultad para mantener constantela velocidad debido al propio sis-tema de regulación, por lo queresulta prioritario el reducir eltiempo de proceso.

- Todos los motores están ali-mentados mediante convertido-res estáticos. La forma de ondade la tensión de alimentación esmodulada en pulsos (PWM), porlo tanto, la propia alimentaciónintroducirá componentes armó-nicas que pueden ser observa-bles en los espectros de vibra-ción y corriente. Para cuantificarsu influencia, se realizaron si-mulaciones teóricas y ensayosde vibraciones y corrientes conlas máquinas alimentadas desdela red

- Transmisión de vibraciones en-tre máquinas a través del bastidorde la locomotora. Se debe de te-ner en cuenta el elevado númerode máquinas que funcionan den-tro de la locomotora y que existenvarios grupos con iguales caracte-rísticas nominales. La transmisiónde vibraciones entre ellas es evi-dente, es necesario discriminarentre las producidas por la propiamáquina y las transmitidas, paralo cual se recurre a distintos en-sayos (forzar paradas eventualesde diferentes motores, variacio-nes de velocidad, etc.). Además,hay que contar con el problemaadicional de la aparición de nume-rosas frecuencias de batimiento,producidas por la interacción demáquinas iguales funcionando so-bre el mismo bastidor.

- Transmisión de vibraciones entremáquinas acopladas. En concreto,en el conjunto motor de tracción-reductor-caja de grasa, debido aque la relación de reducción en elreductor del motor es 3.95, puedetener lugar la posible confusiónentre los armónicos de la rueda ylos armónicos del motor de trac-ción. Mediante ensayos de prome-diado síncrono y pruebas puntua-les de elevada resolución, se hanidentificado las frecuencias carac-terísticas relacionadas con cadauna de las máquinas.

En la actualidad, el mantenimien-to predictivo en la serie 252 seestá aplicando con unos resulta-dos calificados de satisfactorios,principalmente, en la detecciónde averías y en los índices de in-movilizado.

Además de su utilización específi-ca en el mantenimiento predicti-vo, estas técnicas se aplican para

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Diagnóstico Técnico yMantenimiento

Predictivo

3. Conclusiones

Fig.4.Transmisión

devibraciones

entremáquinas

Fig.5.Transmisión

de vibracionesentre

máquinasacopladas

[1] Fernández, M., García, M., Alonso, G.,Cano, J.M. y Solares, J. “Técnicas para elMantenimiento y Diagnóstico de MáquinasEléctricas Rotativas”, Marcombo (1998).

[2] Morel, J. “Vibrations des Machines etDiagnóstic de Leur État Mécanique” Edi-tions Eyrolles. (1992).

[3] Tawner, P.J. y Penman, J. “ConditionMonitoring of Electrical Machines “, Re-search Studies Press LTD. (1977).

[4] White, G.D. “Introducción a la Vibra-ción en Máquinas”, DLI, Engineering

Corp. (1995).

I N D U S T R I A L E S

4. Bibliografía Pilar Ibarz Padrosa es ingeniero téc-nico industrial y actualmente desem-peña su labor en el Departamento deIngeniería del Centro de Gestión deMantenimiento (CGM), pertenecien-te a la unidad de negocio de Mante-nimiento Integral de Trenes de REN-FE, en Barcelona.

Marcelo Pérez Alonso es ingenieroindustrial y trabaja en la Direcciónde Ingeniería de la unidad de nego-cio de Mantenimiento Integral deTrenes de RENFE, en Madrid.

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