Cómo las redes de sensores inalámbricos pueden beneficiar al próximo desarrollo ferroviario del Reino Unido

La nación que inventó la máquina de vapor está a punto de retomar el camino del desarrollo ferroviario. Y las tecnologías digitales podrían ayudar a situar al Reino Unido a la cabeza de la innovación ferroviaria, mientras el país se prepara para una de sus mayores inversiones en infraestructuras de los últimos años. Además de los gastos de mantenimiento, renovación y mejora previstos para los períodos de control actual y futuro de Network Rail, más las inversiones en curso en los proyectos Crossrail 1 y 2, la próxima década verá cómo se invierte en Northern Powerhouse, que unirá las ciudades del norte.

Pero la joya de la corona ferroviaria es la Alta Velocidad 2 (HS2), que se convertirá en el mayor proyecto de infraestructuras del Reino Unido al reducir los tiempos de viaje entre Londres, Birmingham, Manchester, East Midlands y Leeds. En su visión general de las infraestructuras ferroviarias del Reino Unido de marzo de 2019, la empresa de contabilidad BDO estimó que estos proyectos sumarían 200.000 millones de libras de inversión en la próxima década, lo que supone más del doble de los 80.000 millones de libras gastados en los últimos 10 años. 

Naturalmente, eso era antes de que el COVID-19 ensombreciera las perspectivas de la economía británica. Pero hay indicios de que la administración británica seguirá adelante con la mayor parte posible de su programa de modernización ferroviaria. En septiembre, por ejemplo, se iniciaron las obras de construcción de la HS2, un proyecto que, según el Gobierno, creará 22.000 puestos de trabajo. Con las finanzas públicas golpeadas por el COVID-19 y el Brexit, será más importante que nunca que estos proyectos lleguen a tiempo y dentro del presupuesto. 

Evitar fallos y accidentes

Y ahí es donde la tecnología digital podría desempeñar un papel importante. Uno de los mayores retos de cualquier gran proyecto de infraestructura es asegurarse de que los fallos y accidentes no desvíen el progreso. En los ferrocarriles, que pueden extenderse a lo largo de cientos de kilómetros, conocer el estado del suelo bajo la vía es de vital importancia a este respecto. Los movimientos de tierra y los deslizamientos pueden hacer descarrilar literalmente un proyecto, creando retrasos y costes importantes. 

Para contrarrestar esta situación, los gestores de proyectos recurren a la ingeniería geotécnica, que combina la mecánica del suelo y de las rocas para ofrecer una imagen de las condiciones y los materiales del subsuelo. No hay que subestimar la importancia de esta disciplina en los proyectos ferroviarios. Según este estudio, por ejemplo "Comprender el terreno y los riesgos geotécnicos específicos que presentaba fue fundamental para el éxito de Crossrail, el proyecto de entre 14.000 y 8.000 millones de libras para construir la línea Elizabeth de ferrocarril este-oeste a través de Londres (Reino Unido)".

Los riesgos geotécnicos son bastante fáciles de controlar si el promotor del proyecto dispone de datos amplios y oportunos sobre las condiciones del terreno. Pero la obtención de estos datos es un reto por varias razones:

• El hardware y el software de los sensores tienen que ser capaces de cubrir largas distancias de vía y altas densidades de sensores en estaciones, túneles y zonas críticas. 
• La vigilancia no puede verse afectada por los cambios en las condiciones ambientales, como el crecimiento de la vegetación o las construcciones cercanas. 
• Los sistemas de sensores deben poder funcionar en lugares de difícil acceso y sometidos a un alto nivel de vibraciones. 
• No basta con controlar una sola variable; la seguridad de las vías depende de una serie de parámetros.
• En algunas zonas, los sistemas de vigilancia pueden no tener acceso a fuentes de energía externas. 
• El mantenimiento puede ser costoso y el acceso a los lugares no siempre es fácil, por lo que debe reducirse al mínimo.  

Seguimiento de una amplia gama de medidas

Normalmente, los sistemas de sensores ferroviarios captan los movimientos del suelo para garantizar la estabilidad y la geometría de las vías, detectar fallos en el subsuelo y comprobar si hay riesgos en las estructuras circundantes, como terraplenes, muros de contención y túneles. Pero las redes de sensores también pueden adaptarse para controlar otras medidas, como la temperatura y la humedad. Y una nueva generación de tecnologías de redes de sensores está añadiendo más beneficios a la mezcla.

Los dispositivos y sistemas de red de largo alcance(LoRa) pueden integrarse con una amplia gama de protocolos y tecnologías de sensores y vienen con un software de gestión fácil de usar. La interfaz de usuario permite a los ingenieros configurar, supervisar y rastrear varios dispositivos a la vez. Los sistemas son inalámbricos y fiables, con dispositivos que han sido certificados por National Rail y vienen con diseños robustos que incluyen antenas internas. La seguridad de los datos se extiende desde el dispositivo hasta el nivel de la nube. 

También pueden durar hasta 10 años sobre el terreno con una sola batería, o pueden alimentarse con kits eólicos o solares. También existen opciones de gestión de la conectividad en el borde y en la nube, en función de la proximidad preferida al almacenamiento de datos. Esta sencillez, escalabilidad y fiabilidad convierten a LoRa en la tecnología elegida por los proveedores de servicios de ingeniería, y puede suponer un importante ahorro en comparación con la supervisión manual o los sistemas basados en cables.

Las empresas de ingeniería están despertando a estas ventajas y cada vez ganan más licitaciones basadas en las capacidades de los sistemas LoRa de extremo a extremo. Y el valor de las redes de sensores LoRa no se detiene una vez que la línea ferroviaria ha entrado en funcionamiento. Los problemas que pueden afectar a los proyectos de construcción, como los desprendimientos de rocas o la falta de alineación vertical de las vías, son quizá más graves cuando tienen lugar en vías férreas operativas.

Mejorar la seguridad de los pasajeros

Este hecho se puso trágicamente de manifiesto en agosto de 2020, cuando un tren descarriló en Aberdeenshire tras chocar con un desprendimiento de tierra provocado por las fuertes lluvias. Tres personas murieron en el accidente. La buena noticia es que si las redes LoRa se instalan a lo largo de la vía durante la construcción de nuevos ferrocarriles como el HS2, pueden constituir la base de los sistemas de alerta temprana que pueden mejorar la seguridad de los pasajeros una vez que los servicios ferroviarios entren en funcionamiento. 

En el futuro, por ejemplo, estos sistemas podrían alertar a los operadores de trenes de los cambios en las condiciones de los carriles que podrían indicar la presencia de un peligro en la vía. También podrían ayudar a los equipos de mantenimiento a localizar las zonas de la vía que podrían estar en peligro de fallar, de modo que el mantenimiento preventivo pueda llevarse a cabo mucho antes de un incidente. 

Además de mejorar la seguridad de los pasajeros, estos sistemas también podrían mejorar en gran medida la eficiencia ferroviaria y reducir los costes. Por ejemplo, la monitorización del estado y los fallos mediante sensores podría permitir a los equipos de ingeniería centrarse únicamente en los tramos de vía que realmente necesitan atención, sin tener que interrumpir los servicios para un mantenimiento rutinario que podría no ser necesario.

Acomodación de una amplia gama de sensores

Los sistemas de control de estado pueden recoger datos de la vía cada 30 minutos aproximadamente y avisar con antelación de problemas físicos, como escombros en la vía, problemas de interferencia en las comunicaciones, como la rotura de una antena en un dispositivo. Los sistemas de sensores pueden medir el peralte (la diferencia de elevación entre los carriles interiores y exteriores) y la torsión (el gradiente del peralte en una longitud de la vía) en la vía, lo que podría indicar inestabilidades peligrosas, desprendimientos de rocas, grietas, asentamientos o variaciones de la presión del agua de los poros. 

Las plataformas de red LoRa, como el sistema de monitorización inalámbrica de Worldsensing, están perfectamente situadas para prestar estos servicios, ya que pueden dar cabida a una gama cada vez mayor de tipos de sensores y tecnologías. Además, LoRa es un estándar industrial establecido que se espera que perdure en el futuro. 

En todo el mundo, la plataforma Worldsensing ya se ha utilizado en grandes proyectos como el túnel Hieflau en Austria, la línea de metro U5 en Alemania, el ferrocarril Roslagsbanan en Suecia, el enlace ferroviario Purple Line en Estados Unidos y el enlace ferroviario Auckland City en Nueva Zelanda. En el Reino Unido, ha contribuido a mejorar la seguridad en proyectos como HS1 y Crossrail. También se ha certificado su uso en el proyecto HS2. Ahora sólo falta colocar los sensores en el suelo.