Investigación de falla de freno de escalera mecánica

Una mirada experta a lo que causó y lo que no causó este incidente de exceso de velocidad en la escalera mecánica

Por Anthony Boom

Introducción

Casi todo el mundo ha oído el dicho: “Los accidentes no ocurren por casualidad, sino que son causados ​​por las acciones o inacciones de una o más personas”. Sé que he oído ese dicho muchas veces en casi todas las reuniones de seguridad a las que he asistido a lo largo de mi carrera, pero también he comprobado que esa afirmación es cierta por mi experiencia en la investigación de accidentes en escaleras mecánicas. 

A continuación se presenta una breve sinopsis de un caso en el que fui testigo experto y que demuestra que “los accidentes no ocurren por casualidad”. El caso se refiere a una escalera mecánica que se encontraba en bajada y que transportaba una carga de pasajeros. Un día en particular, la escalera mecánica aceleró de repente hasta el punto en que muchos pasajeros no pudieron salir de la escalera mecánica sin caerse. Afortunadamente, las lesiones fueron pocas y menores. Yo llamaría a este incidente un “casi accidente”. La condición de exceso de velocidad de la escalera mecánica podría haber provocado graves daños a la escalera mecánica y graves lesiones a los pasajeros. En consecuencia, era necesario realizar una investigación cuidadosa de este incidente para determinar qué salió mal y poder tomar medidas para evitar que esto vuelva a suceder en el futuro.

Información proporcionada

Cuando me contactó inicialmente un abogado que representaba al fabricante de la escalera mecánica, me informó en términos generales sobre el incidente y sobre varias teorías relacionadas con la causa del mismo. Después de hablar un rato con el abogado, acordamos que, dado que yo era diseñador de sistemas de control de escaleras mecánicas y sistemas de control de frenado de escaleras mecánicas durante el período de tiempo en que se fabricó la escalera mecánica, debía revisar la información del caso y visitar el lugar para realizar una inspección de la escalera mecánica.

Luego el abogado proporcionó información, que incluía, entre otras, la siguiente: 

• Un vídeo del incidente
• deposiciones
• La marca, el modelo y la ubicación de la escalera mecánica involucrada en el incidente.

Información revisada

Normalmente, comienzo mis investigaciones con la obtención y revisión de la documentación de fabricación, que incluye, entre otros, diagramas de cableado, información del controlador, tipo de control de freno, tipo de freno, datos del motor, dispositivos de seguridad, detalles mecánicos generales y más. Pero, como me proporcionaron un video del incidente, decidí verlo primero.

Vi y volví a ver el vídeo varias veces. Incluso lo miré fotograma a fotograma para ver qué podía aprender sobre el inicio, la duración y la conclusión del incidente.

Del video aprendí

• Una escalera mecánica que descendía y funcionaba a una velocidad nominal normal, la misma velocidad que la escalera mecánica adyacente que subía, aumentó rápidamente su velocidad hasta alcanzar lo que parecía ser más del doble de la velocidad nominal. El video no reveló por qué la escalera mecánica aumentó su velocidad, pero sí reveló que la carga no era la causa del exceso de velocidad.
• La escalera mecánica estaba cargada con una cantidad significativa de pasajeros, pero no con una carga que se acercara a la carga de código. ¿Cómo podía determinar eso? La escalera mecánica tenía una gran altura, pero había uno o dos escalones vacíos entre muchos de los pasajeros y, en general, no había más de una persona en un escalón ocupado. De hecho, había varios escalones sin pasajeros entre grupos de pasajeros. A primera vista de la escalera mecánica, uno podría pensar que la unidad estaba muy cargada si la persona que miraba la escalera mecánica no conocía los requisitos de carga del código o la carga de diseño de la escalera mecánica. Pero conozco los requisitos de carga del código y conocía la carga de diseño mínima de esta escalera mecánica, por lo que podía descartar que la escalera mecánica estuviera sobrecargada. Por lo tanto, la sobrecarga no fue la causa del exceso de velocidad de la escalera mecánica.
• Después de que la escalera mecánica que estaba descendiendo acelerara, continuó moviéndose en esa dirección hasta que todos los pasajeros, excepto tres o cuatro, salieron por el extremo inferior de la unidad. Desde el momento en que la escalera mecánica comenzó a acelerar hasta que se detuvo, transcurrieron unos 20 segundos. La escalera mecánica se detuvo gradualmente. Me pareció que la escalera mecánica no tenía frenos o, si los tenía, no se activaban.

Luego, obtuve y revisé la documentación de fabricación, que incluía los diagramas de cableado, información del controlador, dispositivos de seguridad, detalles mecánicos generales y más. 

De la documentación de fabricación aprendí

• El controlador de la escalera mecánica era un controlador basado en microprocesador con muchas funciones de seguridad, incluido el control de freno de circuito cerrado, detección de exceso de velocidad, detección de distancia de frenado demasiado larga y más. Además, este controlador mantenía registros de fallas y eventos a los que se podía acceder a través de una PC o una herramienta de servicio portátil.
• El control de freno era un control de circuito cerrado certificado por CSA, que variaba el par de frenado mientras detenía la escalera mecánica para mantener una tasa de desaceleración establecida.
• Había dos frenos magnéticos certificados por la CSA, que eran frenos autoajustables con una función de “auto gap”. Los frenos no requerían ajuste en el sentido de ajustar el par. Los frenos solo necesitaban ser configurados correctamente. El espacio entre el freno y el estator del freno cuando el freno está en la posición abierta está determinado por la función de “auto gap” y no por algún ajuste manual. Para configurar el espacio entre el freno y el estator con la medida correcta, todo lo que se necesitaba hacer era:
  • Abrir un freno eléctricamente
  • Extraiga manualmente la placa de armadura del freno y el hardware de retención más allá del ajuste del mecanismo de "espacio automático"
  • Empuje manualmente la placa de la armadura del freno para cerrarla. Al empujar manualmente la placa de la armadura del freno para cerrarla, la función de “ajuste automático de la separación” establece la separación del freno en la medida adecuada. Después de la instalación correcta, no fue necesario ajustar ni reajustar el freno. 
• El fabricante de la escalera mecánica proporcionó:
  • Un documento que detalla cómo configurar correctamente los frenos. 
  • Un documento que detalla cómo inspeccionar y mantener los frenos y cuándo reemplazarlos. (Yo escribí este documento).
• Según el Procedimiento de inspección y mantenimiento que escribí, un freno debe reemplazarse, no reajustarse, si se cumple alguna de las siguientes condiciones:
  • El par estático medido del freno no cumple y no puede lograrse que cumpla el valor mínimo indicado en el documento.
    • Si la medición del par de frenado estático es baja, se puede pulir el freno para limpiar las superficies de frenado. Si, después de pulir el freno, el par de frenado estático se encuentra dentro de las especificaciones, no es necesario reemplazar el freno debido al bajo par de frenado estático.
  • El freno está desgastado hasta el indicador de desgaste.
  • El sensor de desgaste, si está equipado, indica un desgaste del freno del 90%.
  • El material de desgaste del freno está contaminado con aceite u otro agente reductor de fricción.
  • El espacio de freno, después de una configuración adecuada, no mantendrá automáticamente la medida de espacio requerida.
  • La bobina de freno está abierta o en cortocircuito.
  • La placa de armadura del freno se tambalea o traquetea mientras gira a velocidad.
  • No se puede hacer que el freno se abra limpiamente.
  • El freno no tiene el número de pieza Montgomery o KONE adecuado.
  • El número de serie estampado en la placa de inducido no coincide con el número de serie estampado en el estator. (Nota: el estator y la placa de inducido son un conjunto combinado del fabricante del freno).
• Había dos motores de inducción asíncronos de jaula de ardilla trifásicos que mantienen una velocidad constante.
  • Mi nota: Las rpm de funcionamiento de un motor de inducción de jaula de ardilla asíncrono trifásico están determinadas por la frecuencia del voltaje aplicado a los terminales del motor y no por el nivel de voltaje aplicado a los terminales del motor.
• Se suministró un arrancador suave de gran tamaño, con función de ahorro de energía, para arrancar la escalera mecánica con suavidad.
  • Nota: la función de ahorro de energía reduce el voltaje en los terminales del motor cuando este tiene una carga ligera. Esta función debe estar DESACTIVADA para el uso en escaleras mecánicas y andadores eléctricos. Según mis propias pruebas en el laboratorio, esta función no ahorra energía en una escalera mecánica. Reducir el voltaje en los terminales del motor reduce el par motor. El motivo por el que esta función no ahorra energía es un tema para otro debate.

A continuación revisé las declaraciones que se habían tomado y me habían proporcionado.

Los registros de mantenimiento indicaron que, una semana antes del incidente, el controlador de la escalera mecánica había generado varias fallas por exceso de velocidad. Después de cada evento de exceso de velocidad, la escalera mecánica se volvió a poner en servicio sin realizar ninguna acción correctiva porque "no estaba claro" qué causaba que el controlador de la escalera mecánica generara una falla por exceso de velocidad y porque no se podía reproducir un exceso de velocidad.

De las declaraciones aprendí

• Los registros de mantenimiento indicaron que, una semana antes del incidente, el controlador de la escalera mecánica había generado varias fallas por exceso de velocidad. Después de cada evento de exceso de velocidad, la escalera mecánica se volvió a poner en servicio sin realizar ninguna acción correctiva porque "no estaba claro" qué causaba que el controlador de la escalera mecánica generara una falla por exceso de velocidad y porque no se podía reproducir una falla por exceso de velocidad. (Nota mía: las fallas por exceso de velocidad/distancia de parada demasiado larga se generaban cuando la escalera mecánica se apagaba al final del día. Las fallas por exceso de velocidad/distancia de parada demasiado larga se generaban porque la escalera mecánica se detenía durante mucho tiempo). 
• Después de que se produjo el incidente, un mecánico de escaleras mecánicas inspeccionó la escalera mecánica y determinó que el freno izquierdo no pasó la prueba de torsión, pero no se determinó la causa del exceso de velocidad. El valor de torsión que informó el mecánico seguía siendo superior al 90 % de la medición de torsión mínima requerida. (Nota mía: aunque se debería haber reemplazado el freno, el 90 % de torsión en un freno seguía siendo suficiente para detener la escalera mecánica si el segundo freno pasaba la prueba de torsión).
• El mecánico parecía no saber cómo funcionaba el controlador de la escalera mecánica o en qué momento el controlador, si alguna vez lo hacía, apagaba la escalera mecánica debido a una condición de exceso de velocidad.
• El mecánico parecía no saber que el sistema de frenos era un sistema controlado por circuito cerrado que variaba el par de frenado durante una secuencia de parada para mantener una tasa de desaceleración predeterminada. Supuso que el freno funcionaba como muchos otros frenos de escaleras mecánicas en el sentido de que el freno simplemente aplicaba el par de frenado completo en cada parada.
• Después del incidente, el mecánico probó los frenos poniendo en marcha y deteniendo la escalera mecánica. Observó que ambos frenos funcionaban y que la escalera mecánica se detenía con normalidad.
• El mecánico no verificó el espacio entre los frenos
• El mecánico no notó ningún retraso en la aplicación de los frenos.
• No se conocía la causa real del exceso de velocidad, pero algunos creían que el arrancador suave había fallado de alguna manera para causar la condición de exceso de velocidad. En consecuencia, antes de volver a poner en servicio la escalera mecánica, se tomó la decisión de quitar el arrancador suave del sistema de control de la escalera mecánica. (Nota mía: No había evidencia de que el arrancador suave hubiera fallado. De todas formas, se quitó el arrancador suave y la escalera mecánica se volvió a poner en servicio sin saber qué había causado la condición de exceso de velocidad).
• Los registros de mantenimiento indicaban que se habían reconstruido los frenos. (Nota mía: estos frenos no se pueden reconstruir, sino que se deben reemplazar).
• El mecánico dijo que “se había ajustado el mecanismo de selección”. (Nota mía: no existe tal cosa como un ajuste del mecanismo de selección en los frenos de esta escalera mecánica. ¿Quizás se refería a “espacio entre los frenos”? De todas formas, el espacio entre los frenos no es ajustable).
• Un ex empleado del fabricante de escaleras mecánicas, que actuó como testigo experto, declaró que pudo generar una condición de exceso de velocidad en la escalera mecánica sin que hubiera nadie en ella. Dijo que observó que los frenos tardaban en activarse cuando se detenía la escalera mecánica (utilizando un interruptor de parada). Dijo que la falla de exceso de velocidad se generó porque los frenos tardaban en activarse o activarse. (Nota mía: este controlador en particular generará una falla de exceso de velocidad si la escalera mecánica supera la velocidad en un 10 % o si la distancia de parada es demasiado larga).

A continuación, creé una lista de verificación para mi inspección en el sitio. 

La causa del exceso de velocidad de la escalera mecánica nunca fue corregida, a pesar de que la condición existía semanas antes del incidente y después de que la escalera mecánica volviera a ponerse en servicio.

Mi lista de verificación abreviada para la inspección en el sitio

• Registre los registros de la herramienta de servicio del controlador de escalera mecánica alrededor de la fecha del incidente.
  • Tome fotografías de las pantallas de las herramientas de servicio.
• Verifique la configuración del parámetro de frecuencia del codificador de la herramienta de servicio y compárela con la frecuencia real del codificador.
• Revise todas las configuraciones de parámetros de la herramienta de servicio.
• Inicie y detenga la escalera mecánica varias veces y registre las distancias de parada registradas por el controlador de la escalera mecánica.
• Verifique el número de pieza y la fecha del software de freno.
• Verifique los frenos.
  • Medición de la holgura del freno n.° 1
  • Medición de la holgura del freno n.° 2
  • Medición del par del freno n.° 1
  • Medición del par del freno n.° 2
  • Tomar fotografías.
• Inspeccione el freno que se había quitado de la escalera mecánica.
• Inspeccione el arrancador suave nórdico que se había quitado del sistema de control de la escalera mecánica.
  • Tome fotografías del arrancador suave.
  • Tome fotografías de potenciómetros de arranque suave.
  • Tome fotografías del cableado del arrancador suave.
  • Conecte nuevamente el arrancador suave al sistema de control de la escalera mecánica.
  • Pruebe el arrancador suave arrancando y deteniendo la escalera mecánica con el arrancador suave conectado al sistema de control de la escalera mecánica. Repita varias veces.
• Prueba de detección de exceso de velocidad.
  • Mientras la escalera mecánica esté en funcionamiento, utilice la herramienta de servicio para cambiar el parámetro de frecuencia del codificador al 90 % de la frecuencia real del codificador en tiempo real.
• Tome fotografías del controlador y registre la revisión del software.

A continuación, realicé una visita al sitio y realicé una inspección de la escalera mecánica. 

Lo que aprendí de la inspección del sitio

• El registro de fallas de la herramienta de servicio del controlador de la escalera mecánica tenía numerosas entradas de fallas por exceso de velocidad con marcas de fecha y hora días antes de la fecha del incidente.
• El parámetro de frecuencia del codificador de la herramienta de servicio se configuró correctamente.
• Todos los demás parámetros de la herramienta de servicio se configuraron correctamente.
• La escalera mecánica arrancó y se detuvo correctamente. Las distancias de frenado eran las adecuadas.
• El número de pieza y la fecha del software de freno eran correctos.
• Comprobación de frenos:
  • La medida del espacio del freno n.° 1 era demasiado amplia y retrasaba el ajuste al detener la escalera mecánica.
  • La medida del espacio del freno n.° 2 era demasiado pequeña y el freno no se abría correctamente.
  • La medición de torque del freno No. 1 estaba dentro de las especificaciones.
  • La medición del torque del freno n.° 2 estaba muy por debajo del torque.
  • Fue necesario reemplazar ambos frenos.
  • Nota mía: La escalera mecánica, si estuviera cargada, volvería a superar la velocidad máxima si se disparara un dispositivo de seguridad mientras se desplazaba en sentido descendente. La escalera mecánica estaba en servicio en ese momento.
• El arrancador suave nórdico se conectó nuevamente al sistema de control.
  • El arrancador suave no parecía estar quemado ni dañado.
  • Los potenciómetros del arrancador suave se ajustaron correctamente.
  • El cableado del arrancador suave era tal que el arrancador suave quedó anulado.
• Mi nota: En el momento del incidente, si el arrancador suave estaba cableado como lo encontré, entonces no era posible que el arrancador suave haya jugado un papel en el exceso de velocidad de la escalera mecánica.
  • El arrancador suave funcionó correctamente cuando se conectó, según el dibujo. El arrancador suave no estaba defectuoso.
• La función de detección de exceso de velocidad funcionó correctamente.
• El controlador era el controlador correcto y el software cargado tenía el número de pieza y la revisión correctos.

Lo que mi investigación me llevó a concluir acerca de lo que no causó la condición de exceso de velocidad en la escalera mecánica

• El exceso de peso en la escalera mecánica no fue la causa de la condición de exceso de velocidad de la misma. La escalera mecánica no estaba sobrecargada. 
  • La carga de pasajeros en la escalera mecánica estaba dentro de la carga de diseño de la misma. 
  • Gracias a las pruebas de motores en el laboratorio de investigación y desarrollo que he realizado a lo largo de los años, sé que los motores de inducción de jaula de ardilla trifásicos, como los que se utilizan en esta escalera mecánica, pueden producir significativamente más que el par nominal antes de que el motor ya no pueda soportar la carga.
  • Antes de que la carga en una escalera mecánica provoque que el motor se “descontrole”, la corriente del motor sería lo suficientemente grande como para disparar los relés de sobrecarga del motor o un disyuntor.
  • Siempre que se aplique el voltaje correcto a los terminales del motor, el motor mantendrá la velocidad.
• El arrancador suave nórdico no fue la causa del problema de exceso de velocidad en la escalera mecánica.
  • El arrancador suave Nordic no se dañó ni se quemó. El arrancador suave Nordic funcionó perfectamente.
  • Los potenciómetros del arrancador suave estaban correctamente ajustados y la función de ahorro de energía estaba desactivada. Si la función de ahorro de energía hubiera estado activada y si el arrancador suave no hubiera sido anulado, la escalera mecánica habría aumentado su velocidad CADA VEZ que se la cargaba, como se muestra en el video de seguridad del incidente.
  • El arrancador suave Nordic estaba conectado con los cables de entrada y los cables de salida directamente a los terminales de salida, lo que evitaba eficazmente el arrancador suave. En el momento del incidente, el arrancador suave estaba ignorado, es decir, si el cableado no se había modificado en algún momento después del incidente y antes de que yo hiciera mi inspección. Uno de los mecánicos testificó que no se había "manipulado" el cableado.
• El hecho de que el controlador de la escalera mecánica no ordenara que se activaran los frenos no fue la causa de la condición de exceso de velocidad.
  • La detección de exceso de velocidad de la escalera mecánica funcionó correctamente e inició una parada cuando la velocidad de la escalera mecánica superó la velocidad nominal en un 10%.
  • Los parámetros de la herramienta de servicio de escaleras mecánicas se configuraron correctamente.
  • El controlador de freno funcionó bien.
• La causa del exceso de velocidad de la escalera mecánica nunca fue corregida, a pesar de que la condición existía semanas antes del incidente y después de que la escalera mecánica volviera a ponerse en servicio.
  • Los registros de mantenimiento indicaron que días antes del incidente se habían producido al menos siete fallas de exceso de velocidad o distancia de parada demasiado larga que se habían restablecido. Cada vez que se restablecía la falla, la escalera mecánica se volvía a poner en servicio sin corregir la causa raíz de la falla.
  • Los registros de mantenimiento mostraron que los frenos fueron reconstruidos, lo cual no se puede hacer.
  • Los registros de mantenimiento mostraron que se ajustaron los frenos, lo cual no se puede hacer.
  • Los registros de mantenimiento mostraron que se ajustó el “pick”, lo cual no se puede hacer.
  • Los registros de mantenimiento mostraron que la escalera mecánica se puso en marcha y se detuvo, y todo parecía estar bien.
  • La herramienta de servicio también indicó una serie de fallas de exceso de velocidad registradas en la memoria del controlador de la escalera mecánica en el momento del incidente.

Lo que mi investigación me llevó a concluir sobre lo que causó la condición de exceso de velocidad en la escalera mecánica

• Al menos un dispositivo de seguridad se activó, lo que provocó que se cortara la energía de los motores de la máquina impulsora.
• Al quitarle energía a los motores de la máquina impulsora, estos ya no producían torque para evitar que la escalera mecánica acelerara demasiado.
• El dispositivo de seguridad disparado también provocó que el controlador de freno quitara la energía de los frenos de la máquina impulsora.
• Los frenos de la máquina motriz no se activaron o no tenían suficiente par para retener CUALQUIER carga. La escalera mecánica se detuvo por inercia.
• Como solo se probó un freno y se comprobó que tenía un par motor ligeramente inferior, tuve que concluir que los frenos no se activaban. Esto se confirmó por el hecho de que la escalera mecánica se detuvo por inercia.
• Un testigo experto dijo que cuando probó los frenos, vio que el freno se retrasaba al ajustarse.
• Los fallos de exceso de velocidad/distancia de parada demasiado larga registrados días antes del incidente se generaron porque la escalera mecánica se detenía demasiado tiempo. La escalera mecánica se detenía demasiado tiempo porque los frenos se demoraban cada vez que se apagaba la escalera mecánica.
• El motivo de que los frenos se activen con retraso es que, en ese momento, los frenos necesarios para aplicar el espacio entre los frenos eran demasiado amplios para que el imán pudiera tirar de la placa de la armadura hacia la superficie de frenado del estator. Si el espacio entre los frenos es demasiado amplio, los frenos se activarán con retraso o no se activarán en absoluto.
  • He observado este fenómeno antes en más de una escalera mecánica con frenos desgastados. He visto frenos desgastados que se activaban solo después de que la escalera mecánica se detuviera por inercia.

Conclusión

Como dije en la Introducción, “Los accidentes no ocurren por casualidad, sino que son causados ​​por las acciones o inacciones de una o más personas”. En este caso, el incidente fue causado por la inacción del personal de mantenimiento. Los mecánicos encargados del mantenimiento de la escalera mecánica no:

• Sepa qué causó el exceso de velocidad.
• Comprenda cómo funcionan el controlador y los frenos de la escalera mecánica.
• Conozca cómo realizar el mantenimiento adecuado de los frenos.
• Parece tener conocimiento del documento del fabricante que detalla cómo configurar correctamente los frenos. 
• Parece tener conocimiento del documento del fabricante que detalla cómo inspeccionar y mantener los frenos y cuándo reemplazarlos.

Estoy seguro de que, en este caso, los mecánicos hicieron todo lo posible para evitar que la escalera mecánica se sobrepasara la velocidad máxima. Sin embargo, no pudieron evitarlo porque no estaban capacitados en el funcionamiento y mantenimiento de este sistema de control y de los frenos.

Si los mecánicos encargados del mantenimiento de la escalera mecánica hubieran seguido las instrucciones de los dos documentos proporcionados por el fabricante de la misma, habrían sabido cómo ajustar y mantener los frenos. Por consiguiente, habrían sustituido ambos frenos y los habrían ajustado correctamente, y la situación de exceso de velocidad nunca se habría producido.

He trabajado con muchos mecánicos de escaleras mecánicas en este campo y, casi sin excepción, están orgullosos del trabajo que hacen. Estoy seguro de que, en este caso, los mecánicos hicieron todo lo posible para evitar la condición de exceso de velocidad de la escalera mecánica. Sin embargo, no pudieron evitarla porque no estaban capacitados en el funcionamiento y mantenimiento de este sistema de control y frenos.

Resumen

• La escalera mecánica iba a toda velocidad porque los frenos no se activaron cuando se activó un dispositivo de seguridad.
• Los frenos no actuaron porque el espacio entre ellos era demasiado amplio.
• El espacio de frenado era demasiado amplio porque los frenos de la escalera mecánica estaban desgastados.
• El mecánico volvió a poner en servicio, repetidas veces y sin saberlo, la escalera mecánica con frenos desgastados.
• El mecánico no sabía que los frenos estaban desgastados porque no estaba capacitado adecuadamente.