Sistema de adquisición de datos SoMat eDAQ de HBM

El cliente dice...

"El eDAQ ha generado resultados fiables de forma sistemática para Sims Professional Engineers (SPE), incluso en las condiciones más extremas.  Ha sido una inversión muy rentable".

Cody Kasten, Ingeniero de proyecto

Sims Professional Engineers (SPE)

Principales ventajas con HBM

  • Sistema de adquisición de datos fiable, preciso y flexible, para mantener los costes bajo control
  • Mediciones seguras sin supervisión, incluso durante periodos largos
  • Un mismo sistema para una gran variedad de transductores

Aunque los fabricantes hacen simulaciones por ordenador de todos los nuevos diseños de vagones ferroviarios y cada vez que introducen cambios en ellos, lo cierto es que siguen haciendo pruebas reales antes de poner en producción los diseños o modificaciones. También las utilizan para diagnosticar problemas de funcionamiento. El motivo de ello es que las simulaciones no son precisas al 100%, y la única forma de demostrar con total seguridad que un diseño cumple las especificaciones de diseño consiste en hacer prueba reales en la vía.

Por eso, el Servicio norteamericano de transporte de mercancías lleva a cabo pruebas de campo de la mayoría de sus nuevos diseños de material rodante. En esas pruebas se miden fuerzas, aceleraciones y desplazamientos en puntos críticos de los vehículos. Para hacer estas pruebas, es preciso instalar sensores en los puntos de interés. Seguidamente, esos sensores se conectan a un sistema de adquisición de datos que graba los valores mientras el vehículo se prueba en una vía. Una vez que la prueba termina, se analizan los valores medidos para garantizar que el vehículo cumple las especificaciones exigidas.

Estas pruebas pueden ser bastante costosas. Para mantener los costes bajo control se requiere un sistema de adquisición de datos fiable, preciso y fácil de usar, que además sea capaz de trabajar en condiciones adversas. Nadie se plantea repetir una prueba solo porque el sistema de adquisición de datos no ha funcionado correctamente.

Recientemente, la empresa Sims Professional Engineers (SPE) de Highland, Indiana, eligió el sistema de adquisición de datos SoMat eDAQ de HBM en una serie de pruebas de un nuevo diseño de remolque de transporte. Según Cody Kasten, ingeniero de SPE, el sistema eDAQ era perfecto para esta aplicación. Aparte de ser robusto y fiable, el eDAQ es compatible con una gran variedad de transductores y es muy fácil de instalar y utilizar.

Especificaciones de prueba exigentes

La norma M-1001 de la AAR (Asociación de ferrocarriles norteamericanos), titulada “Design, Fabrication, and Construction of Freight Cars” describe las pruebas que deben realizarse y las condiciones de prueba que se requieren. Esta norma se encuentra en la Sección C, Parte II del manual de normas y prácticas recomendadas de la AAR.

En su capítulo XI, que trata sobre las pruebas y análisis a las que deben someterse los vagones de mercancías nuevos para comprobar su idoneidad para el servicio, la norma M-1001 especifica una serie de pruebas previas a la certificación. Por ejemplo:

  • Movimiento de lazo (inestabilidad lateral del vagón)
  • Constancia del movimiento en las curvas
  • Espiral
  • Torsión y vuelco
  • Cabeceo
  • Oscilación, vaivén
  • Dinámica de las curvas

Puesto que este remolque está diseñado no solo para utilizarse en carretera, sino también para transportarse por vía férrea, debía cumplir los requisitos para vehículos compatibles con el transporte ferroviario, que se definen en el Capítulo IX de la norma M-1001.

El núcleo del sistema desarrollado por SPE para llevar a cabo estas pruebas consiste en dos sistemas de adquisición de datos SoMat eDAQ. El sistema utiliza, además, otros componentes:

  • Dos placas simultáneas de alto nivel (EHLS), que permiten al eDAQ muestrear de forma simultánea 32 entradas analógicas diferenciales (16 canales por unidad).
  • 14 módulos SoMat Smart, que proporcionan acondicionamiento de señal para galgas extensométricas montadas en circuitos de 1/4 de puente, 1/2 puente y puente completo.
  • 6 módulos de acondicionamiento de señal ICP.

Las unidades eDAQ se montan en armarios de intemperie NEMA, sujetos a la plataforma, tal y como se muestra en la imagen. Por delante de la plataforma se encuentra el motor que mueve el sistema por la vía. El remolque y el bogie objeto de la prueba van unidos a la plataforma. Para que el remolque pueda transportarse por ferrocarril, se une a un bogie. Es posible unir al tren uno o más remolques con bogies para que la prueba simule condiciones reales de funcionamiento.

SPE empleó distintos sensores para medir parámetros importantes. En concreto, se utilizaron tres acelerómetros verticales para medir la excitación vertical causada por las perturbaciones de la vía, los impactos y otros fenómenos. Igualmente, se instalaron tres acelerómetros laterales para determinar si las aceleraciones laterales cumplían los requisitos especificados en el Capítulo XI de la norma. 

Para medir las desviaciones y determinar la tendencia al vuelco de las unidades y de la plataforma, SPE empleó seis potenciómetros. La carga longitudinal en el enganche entre el bogie y el remolque se determinó mediante un eje dinamométrico especial. Todos estos datos sirvieron para determinar las cargas longitudinales que actúan sobre el sistema.

Finalmente, se instalaron galgas extensométricas en el bogie y en el remolque. La ubicación de las galgas se determinó por medio de un análisis de elementos finitos del diseño, durante el cual los ingenieros de SPE identificaron catorce zonas particularmente críticas, cuatro de ellas en el remolque y diez en el bogie.

Equipos SoMat eDAQ instalados en la plataforma
Configuración rápida y sencilla de los canales del sistema con el software SoMat TCE

Alimentación portátil mediante paneles solares

Una vez montado el sistema de prueba y después de que los técnicos instalaran los sensores, los ingenieros de SPE utilizaron el software SoMat TCE para programar el sistema desde un ordenador portátil, tal y como se muestra en la imagen. Este software permitió a los ingenieros configurar los canales del sistema de manera rápida y sencilla. Incluso les sirvió para calibrar todos y cada uno de los transductores. Cuando completaron la configuración, desconectaron el ordenador y el sistema de adquisición de datos funcionó de forma autónoma.

La prueba sobre vía férrea se llevó a cabo en una vía de la Canadian Pacific Railroad, entre las localidades de St. Paul (Minnesota) y Superior (Wisconsin), separadas entre sí por una distancia de unos 240 km. A lo largo de un periodo de unas dos semanas, SPE llevó a cabo dos trayectos sin carga y otros dos con carga. Los sensores tomaron lecturas con una frecuencia de muestreo de 200 Hz. Las pruebas transcurrieron sin la más mínima complicación, a pesar de que no se contó con la supervisión de ningún operario en los trayectos, y el sistema de adquisición recogió entre 2 y 4 gigabytes de datos en cada recorrido.

Análisis de datos al instante

Cada vez que se completaba una prueba, los ingenieros de SPE conectaban de nuevo un portátil al sistema eDAQ y descargaban los datos en bruto para analizarlos. Para el análisis de los datos, se empleó el software SoMat Infield.  El primer paso consistió en hacer un filtrado digital de los datos mediante un filtro Butterworth, con una frecuencia de corte de 15 z, tal y como especifica la norma M-1001 de la AAR. La finalidad del filtrado consiste en eliminar ruido de los datos de prueba.

El paso final del análisis de los datos de la prueba consistió en buscar tensiones, aceleraciones y desviaciones que sobrepasaran los límites definidos por la AAR. Gracias a la función estadística del programa SoMat Infield, esta operación resultó sencillísima.  Aunque el análisis de los datos de esta prueba resultaba relativamente sencillo, el software Infield tiene capacidad para hacer análisis más sofisticados. Por ejemplo, aparte de identificar la lectura máxima y mínima, puede calcular la media, la desviación estándar y la media cuadrática, o llevar a cabo análisis Rainflow y de tiempo y frecuencia.

Tras el análisis de los datos, SPE pudo concluir que el conjunto plataforma / remolque / bogie superó la prueba positivamente. SPE preparó un informe con tablas de los valores máximos registrados, y comparativas de dichos valores con los valores admisibles según la norma de la AAR. También indicaron el margen de seguridad. Este informe se presentó al cliente, quien a su vez lo remitió, junto con otra documentación, a la AAR y a la Administración Federal de Ferrocarriles para su aprobación.

A lo largo de todo este proceso, el soporte técnico de HBM fue de gran ayuda, según explicó Kasten. “El soporte técnico de HBM siempre estaba allí cuando lo necesitábamos”, explicó. Lo mismo para el hardware que para el software.

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