Dotar a la catenaria de una red funcional para detectar incidencias en el contacto con el pantógrafo es algo que se hace de manera muy puntual, y tan solo en líneas con tráficos de alto valor añadido. Esto significa alta velocidad, aunque para nada los problemas se limitan a estos trayectos. La diversidad de operadores surgida de la liberalización, unida al aumento de los tráficos de todo tipo que deberá absorber el ferrocarril para reducir al máximo las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera en el transporte hacen necesario poder monitorizar el estado de la interfaz pantógrafo-catenaria en más puntos y todo tipo de líneas. Alta velocidad desde luego, pero también mercancías y cercanías.
La nueva generación de sensores
Desde 2022 y en el marco del proyecto ALTIUMCAT, financiado con cargo a fondos del Instituto de Competitividad Empresarial de la Junta de Castilla y León, la empresa española TELICE está prototipando, con el apoyo del Instituto Tecnológico de Castilla y León (ITCL) un nuevo tipo de sensor para registrar el comportamiento dinámico de la interfaz pantógrafo-catenaria: TELICE DYNTACT® [Rivera Rodríguez 2023].
El nuevo sistema realiza la monitorización del desplazamiento del hilo de contacto al paso de un pantógrafo mediante sensores láser de triangulación de ultra largo alcance. En el interior de estos equipos hay un láser de estado sólido cuyo haz impacta sobre un objetivo cuya distancia queramos registrar. El rayo reflejado es captado por una lente con un ángulo ligeramente diferente. Tras ella, una matriz de líneas CCD (un tipo de dispositivo que transforma fotones en electrones) registra un impacto: la distancia del objetivo depende del punto excitado en dicha matriz. Como la medida se hace miles de veces por segundo, los cambios de la distancia del objeto monitorizado se registran al cambiar el punto excitado en la matriz CCD. De esta forma es posible alcanzar una precisión en el entorno de los cinco milímetros para medidas realizadas a dos metros y medio de distancia, más que suficiente para mejorar las capacidades de los sensores de las tecnologías anteriores.
Un elemento clave
Aquí entra en juego el segundo elemento clave de TELICE DYNTACT®: la placa reflectora. Sobre el hilo de contacto y sujeto a las ranuras superiores de su perfil que se utilizan para sujetarlo al resto de la estructura de la catenaria, se ubica una placa reflectora con forma de libro abierto hacia arriba y ejecutada en materiales ligeros y resistentes a la suciedad. Su «lomo», el vértice del diedro formado por los dos planos de la placa, se ubica paralelamente al hilo de contacto. La placa reflectora está en una zona sujeta a tensión eléctrica, pero no toca en ningún momento ninguna otra estructura. Es completamente pasiva. Además, su altura sobre el hilo de contacto está ajustada para que siempre se encuentre fuera del gálibo de implantación de obstáculos del pantógrafo, el contorno dentro del que no puede ubicarse ningún equipo. Se evita así cualquier posible perturbación o golpe.
El montaje completo tiene dos sensores láser de triangulación, ubicados sobre una ménsula auxiliar en un poste preexistente, bajo una visera protectora y apuntando hacia la placa reflectora con ángulos iguales y opuestos gracias a una plataforma de apuntado de precisión. Cada láser mide la distancia entre su posición y el plano del lado contrario de la placa reflectora. Disponer así de dos medidas en ángulos diferentes permiten resolver, mediante un simple cálculo trigonométrico, las variaciones de la posición del hilo de contacto en los ejes vertical y transversal.
¿Fallo estructural o alabeo del pantógrafo?
Por tanto, TELICE DYNTACT® no se limita a acotar la deflexión vertical máxima del hilo de contacto al paso de un pantógrafo. Su capacidad de medir simultáneamente posibles desplazamientos transversales está fuera del alcance de los sensores disponibles en el mercado. Gracias a una estación meteorológica auxiliar provista de anemómetro, puede correlacionar la medida transversal con la del viento local para determinar si la perturbación se debe al viento o a un alabeo anormal del pantógrafo.
El nuevo sensor ofrece la capacidad de monitorizar variaciones históricas en la respuesta del hilo de contacto, permitiendo estimar su desgaste o alertar de respuestas anormales de los sistemas de compensación automática de la tensión. Actúa como una alarma en caso de fallo estructural súbito, sabotaje o intento de robo del hilo. Su bajo consumo eléctrico permite alimentarlo con una placa fotovoltaica en un gran rango de latitudes, con lo que es independiente de cualquier fuente externa, simplificando mucho su instalación. Todo ello con un coste contenido que puede permitir su despliegue en todo tipo de infraestructuras ferroviarias provistas de catenaria flexible.
TELICE DYNTACT® ofrecerá, en virtud de su elevada frecuencia de muestreo, no solo cotas máximas de deflexión del hilo, sino su comportamiento ondulatorio completo hasta frecuencias por encima del kilohercio. Estos datos permitirán, por un lado, alimentar modelos digitales que ofrezcan, en un futuro próximo, una capacidad real de predecir el desgaste de la catenaria y adelantarse a sus fallos. Y por otro, harán posible profundizar en el conocimiento teórico de esta tecnología más que centenaria para, tal vez, dar el siguiente paso en su historia de innovación.
Bibliografía
[Hermary 2022] How do 3D scanners work?: Learn about machine vision. Hermary. (29/11/2022). https://hermary.com/learning/principles-of-laser-triangulation/
[Rivera Rodríguez 2023] Rivera Rodríguez, I. (2023). Dispositivo de medida del desplazamiento del hilo de contacto de una catenaria al paso de un pantógrafo. https://patentscope.wipo.int/search/es/detail.jsf?docId=WO2023002068&_cid=P20-LGKDSU-48947-1
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Sobre el autor: Iván Rivera es ingeniero especializado en proyectos de innovación de productos y servicios para ferrocarriles.
