viernes, 23 de agosto de 2013

Tecnologías para manejo y control de equipos de construcción: desde la operación manual hasta el GPS

Extracto del artículo “Guía básica para el control de una máquina”, de la revista CONSTRUCCIÓN PAN-AMERICANA (CPA), publicación mensual que ha sido punto de referencia de la actividad constructora en el mercado de habla hispana de México, Suramérica y el Caribe.


Si los avances tecnológicos siguen al ritmo actual, estamos muy cerca de la era de los robots en la industria de la construcción. Varios de los fabricantes de equipos para la construcción ya están trabajando en máquinas que funcionan solas y hacen su trabajo con base en la información que su dueño les indique. Y seguramente lo harán en tiempo récord y sin quejarse, ni pedir aumento de salario.

Mientras llega ese día que parece de una película de ciencia ficción, los contratistas actuales ya tienen una oferta de tecnologías que tiene el potencial de facilitar el control de una máquina y aumentar significativamente los niveles de productividad. Pero no es fácil decidir cuál es la tecnología que más conviene. Para ayudar a comprender la oferta actual de tecnologías de control de máquinas, Topcon, el fabricante de equipos de posicionamiento y control, nos ayudó a elaborar la siguiente guía básica para entender el control de un equipo de construcción.


Los fundamentos

Para comprender los fundamentos del control de máquina, hay dos términos que usted debe conocer: automático e indicación. Con un sistema de indicación, el operador de una máquina cuenta con “ayuda” en la cabina que provee guía sobre cómo colocar la cuchilla con relación directa al grado deseado. En la operación de indicación, el operador maniobra manualmente la cuchilla, pero no tiene que interpretar las estacas de nivelación para llevar a cabo la tarea. Por otra parte, los sistemas automáticos controlan la cuchilla en combinación perfecta con la superficie de diseño del sitio de la obra.  El operador no tiene que maniobrar la cuchilla; tanto el software, como la   electrónica y la hidráulica interpretan los datos de diseño del sitio de la obra y funcionan independientemente.

Muchos contratistas optan por “experimentar” con la tecnología de control de máquinas comenzando con sistemas de indicación relativamente económicos. Es un procedimiento bastante sencillo para luego realzar los sistemas de indicación a control completo de la máquina añadiendo válvulas hidráulicas y otros componentes.



Funcionamiento en la cabina

Si bien en el futuro con certeza habrá sitios de construcción con máquinas esclavizadas a un sistema de computadora, sin operador, la tecnología actual provee una pantalla en la cabina de la máquina. Un sistema de indicación le provee al operador puntos y flechas iluminadas. Las luces o flechas indican cuando la cuchilla está por encima, por debajo o nivelada.

En un sistema automático, una caja de control sirve como el centro de operaciones principal para un sistema de control de máquina. Está conectado por cables a las válvulas ubicadas en la máquina. Los interruptores, ubicados en las palancas de control de la máquina, permiten que el operador pueda cambiar del modo manual al automático sin necesidad de retirar las manos de los controles.

Un computador a bordo y el software de funcionamiento en la caja de control procesan la información desde dispositivos de entrada y envía señales para controlar las válvulas hidráulicas. Cajas de control avanzadas, como la GX-60 de Topcon, tienen una pantalla a colores, táctil que le provee información visual al operador y le permite fijar y ajustar las funciones del sistema. El operador entonces puede escoger entre una visualización plana, de sección o de perfil, o escoger la opción de pantalla dividida que le permite ver hasta tres visualizaciones simultáneamente.



Sensores: sónicos, láser,  GPS… y más

Los sensores son dispositivos que proveen información del posicionamiento a la caja de control. Hasta hace poco había tres diferentes tipos de sensores comúnmente empleados para aplicaciones de control de máquinas, a saber: sónicos, láser y GPS. Un sensor sónico mide la distancia con ondas de sonido, controlando la nivelación desde una característica física existente: la superficie de una carretera, un contén de hormigón o una línea de cuerda. Un componente en el sensor genera impulsos de sonido y recoge los ecos de retorno.  Luego envía la información de la posición a la caja de control para hacer los ajustes de elevación.

Los sensores de láser no requieren de una continua referencia a objetos físicos. Un transmisor de láser giratorio envía información del control de elevación a un plano uniforme que provee una cobertura de 360 grados. Los sistemas de indicación por láser han sido un punto de partida popular para los contratistas que necesitan controlar la nivelación.

A medida que ha habido adelantos en los descubrimientos tecnológicos, y ha habido estudios de casos sobre resultados positivos en cuanto al rendimiento de la máquina que provienen de testimonios de los usuarios finales, más y más contratistas están cambiando directamente al control de máquina 3D. Los relatos son comunes acerca de los incrementos del 50 al 200% en la producción y beneficios en la recuperación de la inversión en el equipo para el usuario en una sola obra.

Las estaciones que pueden medir con precisión distancias desde 1,2 m hasta más de 1,5 m (como la serie GPT-8200, la nueva serie 9000 o la GPT-7000i de Topcon, que incluye una cámara digital y diseño sobrepuesto o puntos de estacas) se están tornando cada vez más populares. Imagínese agregar software que le permita combinar fotografías de múltiples sitios de obras para crear modelos 3D y nubes de puntos.  Esta tecnología está disponible en la actualidad. Un receptor de constelación doble, montado en la máquina, recibe información de elevación, diseño de la pendiente cruzada y de la dirección. Esta información se envía a la caja de control, donde a su vez se envía a las válvulas hidráulicas. El sistema se utiliza ampliamente en las motoniveladoras.



El GPS

Con el GPS, un contratista no sólo puede saber la ubicación de su máquina, sino controlar los parámetros técnicos del  trabajo que está realizando. Lo que comúnmente se conoce como sistemas GPS ofrecen información precisa para los sistemas de control de máquinas. En realidad, las señales por satélite son tan sólo otra forma de sensor.  El término “GPS” se emplea como una clasificación general para productos que emplean la tecnología de posicionamiento por satélite. El término correcto para los sistemas multisatelitales es GNSS (Global Navigation Satellite System) (Sistema Global de Navegación por Satélite). El GPS es específicamente un sistema de satélite lanzado, mantenido y operado por el gobierno de Estados Unidos.

Los satélites envían los datos de posicionamiento a una antena GPS / estación receptora base ubicada en un punto estacionario en el sitio de la obra.  Al mismo tiempo, la información de posicionamiento también se envía al “explorador” en la máquina —una antena GPS fuerte montada en un poste anti choque y amortiguado contra la vibración y una caja receptora montada en un lugar seguro.

El software en la caja de control procesa esta información sobre la posición y la compara con el diseño de nivelación en el lugar específico. Los archivos de datos, ubicados en la caja de control en una tarjeta compacta flash, proveen la información de nivelación deseada. La cuchilla se coloca automáticamente según la elevación y pendiente.

Se necesitan más que señales de satélite y archivos de diseño para que un sistema de control de máquina funcione.  En una niveladora, se necesita un sensor de cuchilla. En las motoniveladoras, hay un sensor ubicado en el pivote giratorio para rastrear la posición angular de la cuchilla. El sensor giratorio le permite al sistema mantener la gradiente cruzada de la cuchilla de nivelación mientras gira.  Un sensor de inclinación se monta en la estructura de una niveladora y provee medidas de la pendiente en la dirección del recorrido de la máquina. Además, sirve como una caja de conexiones para otros sensores y válvulas hidráulicas.


Los beneficios


Los sistemas de control de máquinas producen incrementos sustanciales en la productividad en obras en terreno—un promedio de un 50% o más dependiendo de las condiciones del sitio de la obra y la destreza del contratista. Las obras se pueden comenzar cuando los trabajadores están listos sin tener que esperar por la colocación de estacas de nivelación por otros. El diseño de la nivelación se logra en la primera pasada de la máquina y se elimina el tener que trabajar nuevamente en las áreas, algo que resulta muy costoso. Las áreas difíciles con pendientes en transición y curvas complejas, tales como los depósitos de retención, pueden nivelarse fácilmente sin estacas de nivelación. Y en fin, por consiguiente, las ganancias aumentan.  CPA


Fuente: http://www.cpampa.com/web/cpa/2008/09/guia-basica-para-el-control-de-una-maquina/?cat=tecnologias

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