Un sistema automatizado para detectar fugas de aire comprimido en trenes

Southwest Research Institute (SwRI) ha desarrollado un sistema de prueba de concepto para detectar de forma autónoma fugas de aire comprimido en los trenes y transmitir la ubicación de las fugas al personal mecánico para su reparación. El sistema automatizado podría reducir el tiempo, los costos y la mano de obra necesarios para encontrar y reparar fugas de aire, y podría reducir el consumo total de combustible y las emisiones de escape de la industria de las locomotoras.

Los trenes utilizan aire comprimido para una variedad de funciones, incluidos los frenos de aire, la activación de válvulas, las persianas de los radiadores, las bocinas y las campanas. Cada año se estima que la industria ferroviaria pierde entre un 2% y un 3% de eficiencia vehicular debido a las fugas de aire que ocurren en varios puntos a lo largo de los trenes. Además, estas fugas pueden tener un efecto perjudicial en la operatividad y seguridad del tren.

«Las fugas de aire aumentan significativamente el consumo de combustible y reducen la eficacia de los sistemas automáticos de parada y arranque del motor (AESS) de una locomotora, lo que hace que las locomotoras funcionen con más frecuencia, consuman más combustible y reduzcan la vida útil de piezas como motores de arranque, compresores de aire y baterías. «, dijo el ingeniero principal de SwRI, Christopher Stoos.

«Estamos hablando de ahorrar potencialmente millones de galones de combustible y reducir las emisiones de dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas».

Actualmente, encontrar fugas de aire requiere que los empleados del ferrocarril las busquen manualmente, a menudo subiendo, debajo o entre los vehículos ferroviarios para escuchar o sentir si hay fugas. La práctica es ineficiente, consume mucho tiempo e introduce riesgos innecesarios para el personal mecánico. Sabiendo esto, la Administración Federal de Ferrocarriles y los ferrocarriles han establecido índices de fugas de aire aceptables para los trenes.

Para reducir significativamente estas fugas, SwRI ha creado un sistema que utiliza tecnología de detección de audio, cámaras y aprendizaje automático para detectar, identificar e informar de manera autónoma las fugas de aire, incluso en trenes en movimiento.

El sistema utiliza un pequeño generador de imágenes acústicas fijas Fluke SV600 disponible comercialmente que utiliza una matriz de 64 micrófonos y una cámara sintonizada para detectar frecuencias de 30-45 kHz, las frecuencias en las que las fugas de aire comprimido se destacan mejor de la mayoría del ruido de fondo. Este instrumento funciona en concierto con una cámara de espectro visual secundaria. Para automatizar el proceso de detección, el equipo entrenó e implementó algoritmos de aprendizaje automático para identificar fugas de aire de las salidas del sensor mientras ignora las salidas no relacionadas con fugas.

Durante las pruebas, el sistema prototipo detectó con éxito una serie de fugas de aire en varios lugares de las locomotoras con una tasa de falsos positivos de solo el 0,03 %. El sistema detectó, en promedio, 11 de cada 13 fugas en un tren en movimiento. Una vez que se identificó una fuga de aire, se compartió electrónicamente una alerta con una imagen adjunta con el personal apropiado que mostraba el área que necesitaba inspección y reparaciones.

«El sistema debería reducir la carga del personal mecánico y mejorar el rendimiento del sistema de aire comprimido», dijo Stoos. «Todavía es necesario un mayor desarrollo y pruebas de campo, pero este sistema podría potencialmente ahorrar millones de combustible y mantenimiento a la industria de las locomotoras si se implementa correctamente. Esta tecnología también podría reducir en gran medida las emisiones de gases de efecto invernadero al mejorar la eficiencia del combustible de las locomotoras».

El equipo de SwRI compartió una presentación que detalla el desarrollo del sistema y sus hallazgos, titulada «Detección autónoma de fugas de aire comprimido en trenes», en la Exposición y Conferencia Técnica del Rail Supply Institute 2022 en Fort Worth, durante el programa anual de la Asociación de Oficiales de Mantenimiento de Locomotoras .