Accidente de Ohio: fiebre en las cajas

Por Iván Rivera, el 1 marzo, 2023. Categoría(s): Historia • Ingeniería • Tecnología
Vista aérea del lugar del descarrilamiento del tren 32N. Se observan vagones apilados, zonas calcinadas y una nube de humo.
Vista aérea del lugar del descarrilamiento del tren 32N, East Palestine, Ohio (EE. UU.). (Foto: NTSB).

El 3 de febrero de 2023, a las 20:54, hora local, el tren de mercancías 32N de la compañía Norfolk Southern Railway circulando hacia el este sufrió el descarrilamiento de treinta y ocho vagones a la altura de East Palestine, Ohio. El material rodante descarrilado incluía once vagones cisterna cuyos contenidos se incendiaron, causando fuegos posteriores que dañaron doce vagones más, en principio no afectados por el descarrilamiento […]

Así comienza el informe de la NTSB (National Transportation Safety Board, Junta Nacional de Seguridad en el Transporte de los EE. UU.) que relata las conclusiones preliminares de un accidente de tren sin víctimas, pero que se saldó con la liberación y quema del gas de cloruro de vinilo transportado por cinco de las cisternas de la composición.

El cloruro de vinilo, la materia prima fundamental para fabricar PVC (cloruro de polivinilo, un tipo de plástico barato y químicamente estable usado en tuberías, como material de construcción e incluso en determinadas prendas), es un gas venenoso, altamente inflamable y explosivo. Arde sin problemas a temperaturas tan bajas como los –12 °C que se registraban aquella noche en East Palestine. Una explosión podría haber enviado metralla a casi dos kilómetros a la redonda. Así que las autoridades de protección civil optaron por la quema controlada tras comprobar que los vagones que transportaban el material y que fueron afectados por el descarrilamiento, del 28 al 31 y el 55, no tenían fugas inmediatas que pusieran más en peligro una operación ya de por sí complicada.

Si habéis estado al día de las noticias, probablemente habréis leído mucho acerca de las consecuencias del accidente: evacuaciones, gases liberados, peces muertos, afecciones variadas en la población de la zona e incluso teorías de la conspiración, a cuál más variopinta. Sin embargo, hoy os quiero contar un poco sobre el venerable componente de la seguridad ferroviaria que, al parecer, es la causa última de este desastre: el detector de cajas calientes.

Ejes y cojinetes

Si necesitamos detectar el calor en unas cajas, lo mínimo es contar a qué nos referimos los ferroviarios con un término tan colorista. Os pondré una foto:

Detalle del eje de un coche de la compañía ferroviaria MZA. Se ve la caja de grasa y un elemento de suspensión (una ballesta) frente a una rueda.
Detalle del eje de un coche de la compañía ferroviaria MZA expuesto en el Museu del Ferrocarril de Vilanova i la Geltrú. (Foto: autor).

Los ejes de los vagones, es decir, los cilindros que llevan caladas las ruedas, tienen que ir sujetos al cuerpo del vagón por algún sitio. Este hecho de pura lógica no se les escapó, naturalmente, a los pioneros del tren, que no querían hacer que sus flamantes transportes rodaran sobre troncos fijos, como se dice que se hacía desde la edad del Hierro, antes de la invención de la rueda propiamente dicha.

El problema se ve claro cuando reparamos en que, en algún sitio de la unión, tiene que haber una pieza móvil, el eje, y una fija, el cuerpo del vagón. No queremos ir por ahí dando volteretas absurdas y seguramente dañinas para continente y contenido. Muy al principio, cuando todavía había solo carros tirados por bestias de carga, bastaba con algún recubrimiento más o menos resistente, engrasado con algún tipo de aceite: un cojinete. Sin embargo, el aumento de las velocidades y las cargas que trajo el ferrocarril llevó muy pronto a la necesidad de incorporar una mejora tecnológica.

Plano de un rodamiento, alzado y perfil.
Plano de un rodamiento, alzado y perfil, 1904. (Imagen: dominio público).

Rodando como la seda

El rodamiento, un cojinete con bolas o cilindros intercalados entre el eje giratorio y el soporte fijo, es la solución adoptada desde tiempo inmemorial para este problema. Se han encontrado restos de la primera época imperial romana que muestran que esta tecnología ya era conocida, y entre los esquemas de Leonardo da Vinci hay uno que no estaría fuera de lugar en un eje moderno. Las primeras locomotoras y vagones ya montaban estos dispositivos abrazando las manguetas (puntas) de los ejes.

Pero no basta con rodar de cualquier manera: hay que hacerlo con la menor fricción posible. La fricción entre superficies sólidas produce pérdidas de energía mecánica, que se transforma en calor. Un exceso de calentamiento no trae nada bueno. Para asegurar que no ocurre, nada mejor que envolver manguetas y rodamientos en las llamadas cajas de grasa. Se puede controlar así la cantidad de lubricante que baña el punto crítico de apoyo del eje. Sin embargo, no es difícil darse cuenta de un pequeño problema: la caja no se puede cerrar.

Esquema de un bogie con la caja de grasa destacada, y caja de grasa típica con un corte mostrando el rodamiento interior.
Esquema de un bogie con la caja de grasa destacada, y caja de grasa típica con un corte mostrando el rodamiento interior. (Imagen: Glucke/Wikimedia Commons y Schaeffler Iberia)

Efectivamente: el eje tiene que salir por algún sitio para poder rodar, de modo que parece imposible contener el lubricante, que además será líquido. Pero no tan rápido. Literalmente, no tan rápido: la viscosidad de los lubricantes, esa propiedad que determina la resistencia al flujo de los líquidos, permite controlar su comportamiento. Un diseño geométrico y de materiales inteligente hace el resto, garantizando que se pueda bañar toda la superficie necesaria con el lubricante. Aunque es inevitable que existan pérdidas: la mancha de grasa en el suelo de la segunda imagen de este artículo es la prueba.

Los posibles fallos del invento

Ya hemos hablado de ejes, lubricante y fricción. También de que el lubricante se puede perder como una posible causa de fallo en las cajas de grasa. No será la única: la presencia de otros líquidos (agua, el más frecuente), de impurezas (virutas de metal, provocadas por una lubricación imperfecta), o el simple exceso de carga o velocidad (porque el lubricante mejora el contacto, pero magia no hace y sigue habiendo pérdidas de energía y disipación de calor) pueden hacer que las cajas se calienten.

Una de las penosas tareas del maquinista de larga distancia en los tiempos heroicos era recorrer en cada parada todo el tren por ambos lados para asegurarse de que los elementos mecánicos estaban en un estado aceptable. Si notaba olor a grasa quemada, podía acercar la mano a la o las cajas sospechosas. Pero ¡cuidado! Las temperaturas alcanzadas por las cajas pueden superar la de la ebullición del agua. Esta comprobación elemental era también de dudosa eficacia, más aún de noche o con lluvia. La seguridad llegaría, al fin, de la mano de una tecnología que había encontrado su aplicación donde ningún tren había llegado jamás.

El bolómetro

En 1880, el físico, astrónomo y futuro pionero de la aviación Samuel P. Langley dio a conocer su bolómetro. Visto con la perspectiva del tiempo, se trata de un aparato sencillo: un detector de calor radiante formado por un reservorio de calor a temperatura constante, apantallado, conectado térmicamente a un colector que se apunta a la fuente cuyo calor se desea registrar. El sistema está construido con materiales cuya resistencia eléctrica cambia con la temperatura, y este efecto se registra por medio de una fuente de tensión constante y un voltímetro.

Esquema simplificado de un bolómetro (izquierda). Indica el colector y conductor eléctrico con resistencia variable, el dieléctrico a temperatura constante, la radiación incidente y la posición del voltímetro y la fuente de tensión. A la derecha, foto de Samuel Langley en blanco y negro.
Esquema simplificado de un bolómetro y retrato de Samuel Langley. (Imagen: J. Thomas, J.S. Crompton, y K.C. Koppenhoefer/COMSOL, Biblioteca del Congreso).

El bolómetro encontró buen acomodo y muchos fans en astronomía. Incluso hoy sigue siendo hoy el tipo de detector más sensible del que disponemos en la banda del infrarrojo lejano. Al ser capaz de detectar todo el espectro electromagnético de una fuente a la vez, se ha usado para definir la «magnitud bolométrica» de las estrellas: la cantidad de radiación electromagnética que emiten en todas las frecuencias. Gracias a este fantástico invento terminaríamos midiendo las distancias a la mayoría de las estrellas visibles, pero el sistema era tan sensible que podía llegar incluso más lejos. En palabras del propio Langley, llegaría a ver «el calor emitido por una vaca a un cuarto de milla de distancia». No dijo si esférica o no.

El calor del tren

A posteriori, no fue ninguna sorpresa que a finales de la década de los 50, con los avances de las telecomunicaciones y de la electrónica, se pensara en ubicar bolómetros a los lados de las vías del tren para detectar los cambios de temperatura inducidos por las cajas de grasa al pasar.

Pocos elementos han tenido un impacto más inmediato sobre la seguridad en la circulación de trenes que la incorporación de los detectores de cajas calientes (DCC). Los ensayos en España comenzaron en 1968, y para 1975 ya había cuarenta instalados por toda la red. En los tramos donde se instalaban, las roturas de la mangueta del eje y el casi seguro posterior descarrilamiento pasaban, rutinariamente, de una cada dos o tres meses a cero.

Hoy hay ya más alternativas tecnológicas para el funcionamiento de estos sensores. Se han extendido también a la comprobación de la temperatura de los elementos de frenado. Esto se hace desde debajo del tren y no desde un lateral, ya que es así como se tiene una línea de visión directa para medir su temperatura en la mayor parte del material rodante.

De vuelta al suceso

Volvamos ahora al informe de la NTSB:

El tren 32N circulaba con el freno dinámico aplicado cuando pasó por un detector de cajas calientes en la vía en el lado este de Palestine, Ohio, en el punto de milla 49.81. El sensor transmitió un mensaje de alarma audible crítico, indicando a la tripulación que redujera la velocidad y detuviera el tren para inspeccionar el problema. El maquinista aumentó la aplicación del freno dinámico* para reducir aún más la velocidad y detener el tren. Durante esta desaceleración, se inició una aplicación automática del freno de emergencia y el tren 32N se detuvo.

En el texto se citan las lecturas térmicas en tres detectores de cajas calientes: el del punto de milla 79.90, el situado algo más de diez millas más adelante (69.01) y el citado en el párrafo anterior (ni que decir tiene que el tren circulaba en sentido decreciente). Las temperaturas registradas en la caja sospechosa eran de 8 °C, 45 °C y 128 °C. En apenas cuarenta y ocho kilómetros, o menos de cuarenta minutos a la velocidad habitual de un tren de mercancías por ese tramo, las temperaturas habían alcanzado un punto crítico.

Más importante: en los últimos treinta y dos kilómetros entre detectores, la temperatura había pasado de estar por debajo del umbral de alerta al de alerta crítica, momento en el que los maquinistas comenzaron la frenada, usando el freno dinámico y no el de servicio o hidráulico para no arriesgarse a empeorar el problema con un sobrecalentamiento de los elementos de freno. De todas formas, el sistema hidráulico de emergencia entró en funcionamiento por sí solo cuando el tren, ya en pleno descarrilamiento, se partió. ¿Fue un caso de mala suerte?

Antes del accidente: el vídeo

Mirad este vídeo, tomado por una cámara de seguridad cercana a las vías en un punto ligeramente posterior al del segundo detector:

Al parecer el tren ya tenía un vagón con sus bajos en llamas poco después del paso por el segundo detector. ¿Una colisión con algún objeto en la vía? ¿Y por qué en ese vagón y no más adelante en la composición? Si no hubo elementos externos, ¿tan rápido evolucionó el deterioro del eje siniestrado como para registrar 45 °C escasos minutos antes de desatarse las llamas? De ser así, ¿por qué el tercer sensor solo registró 128 °C y no una temperatura superior?

En lo sucesivo, las investigaciones buscarán comprobar todos los registros de este y otros trenes en los detectores, así como su estado de mantenimiento y calibración o posibles pistas de colisiones en la vía. A la luz de los resultados obtenidos, se podrán revisarán los niveles de alerta programados; existe la sospecha de que podrían ser permisivos en exceso, para evitar lo que la compañía ferroviaria ve como detenciones innecesarias. El accidente de Ohio va a presentar un caso de estudio muy interesante para la seguridad de un medio de transporte que, en los EE. UU., tiene unas características muy diferentes a las europeas: depende por completo de la iniciativa privada y es económicamente rentable. Pero no por ello debería dejar de responder a las afectaciones para la población y el medio de lo que debería ser el modo de transporte más seguro y sostenible.

Para saber más

National Transportation Safety Bureau. (23/02/2023). Norfolk Southern Railway Train Derailment with Subsequent Hazardous Material Release and Fires, Preliminary Report RRD23MR005. Visitado el 28/02/2023 en https://www.ntsb.gov/investigations/Documents/RRD23MR005%20East%20Palestine%20OH%20Prelim.pdf.

Blasco, M. (1973). Los detectores de cajas de grasa calientes, Vía Libre. Visitado el 28/02/2023 en https://www.vialibre-ffe.com/pdf/10377_pdf_10.pdf.

Nota: El freno dinámico es un tipo de freno que montan todas las locomotoras eléctricas y diésel-eléctricas: el motor eléctrico que impulsa los ejes motrices se hace funcionar al revés, como generador, «robando» energía cinética al tren para transformarla en eléctrica. En sistemas ferroviarios alimentados por catenaria, esta energía puede devolverse a la red para alimentar otros trenes. Pero una locomotora diésel-eléctrica no puede permitirse ese pequeño lujo, y debe disipar la energía eléctrica recién generada en forma de calor mediante resistencias. La aplicación del freno dinámico es aquí correcta: los maquinistas seguramente estaban intentando evitar el riesgo de empeorar la situación. El freno hidráulico funciona mediante fricción y, por tanto, aumenta la temperatura en sus elementos.



Por Iván Rivera, publicado el 1 marzo, 2023
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