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domingo, 25 de junio de 2017

EL INGENIERO AGRIMENSOR EN LA INDUSTRIA

1ª JORNADA NACIONAL DE LAS CÁTEDRAS DE MEDICIONES ESPECIALES
CÓRDOBA – ARGENTINA - OCTUBRE DE 2013

ALDO MANGIATERRA
Ex profesor de la Universidad Nacional de Rosario – aldom@fceia.unr.edu.ar

UN EJEMPLO ILUSTRATIVO
Consideremos la nivelación de dos bases para el montaje de una maquinaria pesada. Las bases deben estar a una distancia de 10 metros entre sí pero con diferencia de altura H
                                                       10 metros 





La tolerancia en el desnivel (H) es  ± 1 mm., es decir debo medir con precisión σ (H)  = ± 0.4 mm. Si se estaciona un nivel óptico en posición equidistante y se utilizan reglas milimetradas como miras, es posible efectuar las observaciones con precisión σ = ± 0.25 mm. Para calcular H intervienen dos lecturas, por lo que debo multiplicar por √2 obteniendo así σ (H)  ≈ ± 0.35 mm., igual o mejor que la necesaria. Esto se puede efectuar con un nivel expeditivo, incluso, dada la equidistancia, aunque esté descorregido.
Como vemos la solución es muy sencilla. Sin embargo la metrología mecánica no dispone de herramientas para proveer una solución adecuada.

1 La Agrimensura en la industria
Se trata de un campo de trabajo propio y específico de la profesión, si bien distinto al de otras actividades y seguramente menos difundido.
¿En qué consiste? Nuestra labor en todas las obras de ingeniería consiste en resolver 
problemas geométricos; pero que en este caso se explicitan en un ámbito específico, el de la industria.
Con la intención de ilustrar al respecto decimos que tales problemas pueden ser: 
a)                 Complicados (geométricamente hablando)
Por ejemplo determinar con alta precisión la posición relativa entre elementos separados  por obstáculos inamovibles y en condiciones físicas sumamente dificultosas. Pongamos por caso dos máquinas situadas en distintos recintos entre las cuales se requiere comprobar el paralelismo de sus ejes.
 Otro ejemplo: determinar las correcciones óptimas (las menores posibles), para reparar una estructura deformada haciendo que recupere sus dimensiones teóricas dentro de los límites de tolerancia. Podemos citar la deformación de un horno de acería a causa de las altas temperaturas
b)                Encontrar la causa geométrica de un problema que no se manifiesta como tal
Es lo que pasa con las ruedas de los llamados puentes-grúa que se utilizan en la industria: la consecuencia es un desgaste en ruedas y rieles de rodadura, pero el origen es de carácter geométrico, consistente en la inadecuada alineación de las ruedas, tal como sucede en los automóviles.
También a modo de ejemplo podemos citar un caso bastante habitual: el de máquinas cuyos elementos no respetan condiciones geométricas de trabajo adecuadas (por ejemplo perpendicularidad entre ejes), lo que hace que los esfuerzos se repartan de manera disímil e inconveniente y se produzcan roturas de algunos elementos de sujeción que deberían garantizar la estabilidad y posición de la maquinaria.
c)                 Convertir un problema geométrico en otro distinto
Ejemplo: controlar la perpendicularidad entre dos superficies puede ser dificultoso, pero puede no serlo tanto si es que se logra llevar a posición vertical una de ellas y comprobar la horizontalidad de la otra en forma independiente (o viceversa).
Desarrollar este tipo de trabajos requiere predisposición, pero además, entre otras, reunir algunas condiciones por parte de quienes deben desempeñar la tarea profesional, algunas de las cuales mencionamos a continuación:
- lo que podríamos llamar mentalidad geométrica, es decir poder “pensar” en forma espacial, en tres dimensiones, superar la limitación en la que estamos educados, que generalmente nos lleva a representar el espacio mediante expresiones planas y a razonar sobre ellas (quizá aquí, en aras de continuar con el tema específico, debemos vencer la tentación de explayarnos en consideraciones científico-tecnológicas e incluso filosóficas, sobre la relación del hombre y el espacio).
- otra condición es tener en cuenta que muchas de las técnicas habituales y efectivas en otro tipo de trabajos, ya sea porque requieren menor precisión, ya porque abarcan espacios mucho mayores, deben ser adaptadas a otras situaciones o incluso se requiere inventar nuevas formas de aplicar los conocimientos tecnológicos adquiridos; baste señalar que con un aparato óptico (estación total o nivel) se puede apreciar 0.1 mm. , (La décima de milímetro) si se observa a la distancia de pocos metros, práctica a la que estamos poco acostumbrados. De algún modo podríamos decir que es condición carecer de prejuicios, literalmente hablando.
No cabe duda que la metrología mecánica cuenta con tecnología e instrumental adecuado para desempeñar sus tareas, pero cuando se requieren determinaciones geométricas que implican simultáneamente:
-    exigencias de precisión propias de los materiales metálicos y mas aún de la mecánica (algunos milímetros o menos)
-       espacios significativos (generalmente excediendo los dos o tres metros)
-       mediciones en el lugar (fuera de laboratorio o taller – situación típica  del montaje o la reparación)
En tales circunstancias es necesario apelar a los profesionales, los conocimientos y los instrumentos provenientes de la agrimensura.

2 Condiciones propias de la industria

2.1 condiciones generales a tener en cuenta
A diferencia de lo que pasa en las obras civiles, en la industria ya está dada la forma y dimensión de los componentes estructurales o mecánicos que intervienen. El problema geométrico a resolver es su ubicación, ya sea en términos absolutos o relativos, e incluso ambos a la vez.
En la industria predominan los elementos metálicos y por tanto se debe tener en cuenta tanto su plasticidad (posibilidad de deformarse) como también su elasticidad (posibilidad de deformarse ante una solicitud específica y después recuperar total o parcialmente su forma y dimensión anterior al desaparecer el motivo original de la deformación, caso típico la dilatación). Un ejemplo muy notorio es el de las vigas “contraflechadas”, que varían su forma según la carga a la que son sometidas. Las tolerancias con que se trabaja en la industria son, en general, mucho más exigentes que en las obras civiles. Tentativamente podemos hablar de valores que varían entre algunas décimas de milímetro (en casos especiales aún sensiblemente menores) y los 20 milímetros. Desde luego que estamos hablando de una generalización y existen, por supuesto, numerosos casos en que intervienen tolerancias menos rigurosas.
Es necesario tener en cuenta la diferencia que existe entre controlar:
- condiciones o valores absolutos, como pueden ser verticalidad, horizontalidad, coordenadas, alturas, alineación
- y, por otro lado, controlar condiciones o valores relativos como perpendicularidad, distancias entre elementos (horizontales, verticales u oblicuas), paralelismo, etc.
En la mayoría de los casos se trabaja en condiciones de interdisciplinariedad, con las dificultades y ventajas que ello implica y normalmente es indispensable contar con apoyatura específica de servicios diversos (iluminación, seguridad y otros).
En la industria, sobre todo si se trata de industrias ya en funcionamiento, puede ser necesario desempeñarse en condiciones ambientales muy desfavorables: oscuridad, ruido, polvo, altas temperaturas, etc., lo que requiere adoptar recaudos especiales y la seguridad tiene mayores exigencias, para las personas en primer lugar y también para los instrumentos. Es imprescindible contar con la información y los conocimientos adecuados para cada condición ambiental específica, que permitan desempeñarse acertadamente y garantizar las condiciones de seguridad necesarias.
Como contrapartida podríamos decir que los trabajos suelen tener el atractivo del desafío, de la ausencia de rutina; el trípode mas grande puede resultar pequeño y el más pequeño ser inadecuado por su gran tamaño.
2 .2 Estructuras
En la industria nos encontramos con dos tipos de estructuras. Convengamos que la siguiente clasificación está hecha desde un punto de vista particular, el que le es necesario al Ingeniero Agrimensor a los efectos de cumplir su cometido. Es por tanto tan necesaria como arbitraria.
Consideramos primero las que llamamos estructuras FIJAS, las que, a modo de ejemplo podemos identificar como bulones de anclaje, placas, columnas, vigas, rieles, etc. Es decir todas aquellas que por su naturaleza tienen una posición espacial rígidamente establecida. En tales casos podemos decir que lo principal es su  posicionamiento absoluto expresado a través de las coordenadas que le son asignadas en el proyecto o plano respectivo. No obstante, en algunas de ellas también interviene el posicionamiento relativo; por ejemplo el paralelismo entre rieles para desplazamiento de carros o para el funcionamiento de puentes-grúa.
En cuanto a las estructuras MOVILES se trata, valga la redundancia, de todas aquellas que por su función deben variar, temporaria o permanentemente, su posición en el espacio. Nos referimos a ruedas, ejes, brazos mecánicos o muchos otros componentes fácilmente identificables. Es obvio que, en tales casos, la condición preponderante es la que establece el posicionamiento relativo (perpendicularidad, paralelismo, etc.). No obstante en muchos casos ello debe lograrse en simultaneidad con el posicionamiento absoluto. Por ejemplo respetar una altura fija o la condición de verticalidad, etc. Un caso prototípico es el de la utilización de elementos robotizados, los que obviamente son móviles pero deben posicionarse repetitivamente en forma precisa en el espacio.
2.3 Zonas críticas
El pasaje de la obra civil (en Argentina generalmente de hormigón armado), a las estructuras metálicas requiere especial atención. La base de hormigón debe tener altura pocos centímetros por debajo de la teórica, para permitir “jugar” con los suplementos de chapas metálicas hasta colocar la estructura metálica en la posición de proyecto. Posteriormente se llena el espacio entre una y otra estructura con cemento especial.
También son zonas críticas aquellas en que hay que vincular estructuras móviles con las fijas que las soportan. Si el proyecto o las especificaciones técnicas están bien elaboradas debe preverse una tolerancia de ensamble que permita pasar de tolerancias menos exigentes (para las estructuras fijas) a tolerancias mas exigentes (para las estructuras móviles), lo que generalmente se logra mediante la técnica de aproximaciones sucesivas, las que a su vez están influenciadas por las ya mencionadas características de plasticidad y elasticidad de los materiales metálicos. Se trata en definitiva de una labor que suele requerir paciencia y rigurosidad, apelando al uso de “suplementos” (de medidas obviamente inferiores a la tolerancia exigida) que permitan aproximaciones sucesivas hasta lograr el posicionamiento correcto.
3 Trabajos en la industria    
3.1 Montaje
Pero ¿cuáles son en concreto las tareas que el Ingeniero Agrimensor debe desempeñar en la industria? El montaje es una de las principales; podríamos decir la tarea por excelencia. Primero cuando se “monta” una industria, es decir cuando se construye una planta industrial; en segundo lugar cuando se la amplía o modifica y además cuando se efectúan reparaciones que requieren efectuar el montaje de nuevos equipos o de los antiguos ya reparados.
En el montaje el ingeniero Agrimensor tiene a su cargo el replanteo. Es necesario remarcar, una vez más, que ello requiere contar con un sistema de apoyo, es decir con una estructura geométrica de la obra, que brinde la necesaria precisión.
El montaje comienza, naturalmente, con el posicionamiento de las estructuras fijas, a partir de las cuales posteriormente es posible el montaje de las estructuras móviles.
Se trata entonces de resolver el posicionamiento y la relación adecuada entre relativo y absoluto, lo que debería tener natural concordancia si el proyecto ha sido correctamente elaborado y las estructuras han sido fabricadas adecuadamente. En la práctica concreta es posible que surjan situaciones contradictorias que habrá que resolver apelando a la consulta y el acuerdo con quienes dirigen la obra y/o con quienes son los recipendiarios de la misma.
Para poner un ejemplo típico mencionaremos el montaje de una nave industrial de acería que cuenta con puentes-grúa para el izaje y desplazamiento de insumos, herramientas y productos. Se comienza por el montaje de las columnas, se sigue con el de las vigas que las columnas soportan y sobre las vigas se montan los rieles que permitirán el desplazamiento del puente-grúa. Las especificaciones del proyecto deben establecer las tolerancias, tanto en el posicionamiento absoluto (coordenadas en el sistema de la obra), como en el relativo (viga respecto a columna y riel respecto a viga); si todo está proyectado como corresponde, si los diversos componentes han sido fabricados con las medidas adecuadas y si el montaje se efectúa correctamente, el resultado debería ser que ambos rieles (dentro de tolerancias) estuvieran a la altura proyectada, fueran paralelos y la distancia horizontal entre ellos (llamada trocha) fuera la teórica. En cada paso hay que realizar mediciones previas al montaje, posteriores al mismo para su control, correcciones si fueran necesarias y todo ello tal que vaya garantizando la calidad del resultado final.
La labor culmina precisamente en el control de ese resultado final, efectuando el relevamiento de la posición en que quedaron los rieles, de modo que se verifiquen las exigencias en cuanto a horizontalidad, altura, alineación, paralelismo y trocha. De ser necesario el Ingeniero Agrimensor deberá dar las indicaciones correctivas (en cuanto a lo geométrico) que permitan obtener el posicionamiento adecuado con la calidad exigida.
Un caso particular muy ilustrativo es el de las cintas o mesas transportadoras, basadas en rodillos giratorios, que deben cumplir rigurosas condiciones geométricas para su correcto funcionamiento, como por ejemplo que los rodillos sean tangenciales a un único plano y que el eje del motor sea perpendicular al eje longitudinal de la cinta.
3.2 Relevamientos
Otra tarea es el relevamiento de estructuras ya existentes.
Si se trata del relevamiento de una planta industrial completa o gran parte de  ella, el mismo debe estar vinculado al sistema de apoyo que se utilizó para su construcción. Suele suceder que los puntos del mismo hayan desaparecido total o parcialmente. En tal caso es menester reconstruirlo total o parcialmente en un proceso inverso: partiendo de lo existente armar el sistema que le dio apoyo, cosa que no siempre es factible o puede no ser práctica. Es posible que no quede más remedio que constituir, con el mejor criterio posible, un nuevo sistema que servirá de apoyo para el relevamiento. En cambio, cuando el relevamiento comprenda sectores muy limitados, o incluso tan sólo uno o algunos equipos o maquinarias en particular, es suficiente con establecer algunos puntos criteriosamente elegidos que constituyen un sistema aislado y provisorio, de vida efímera o solo durable por un tiempo limitado que permita garantizar también la tarea posterior al relevamiento como puede ser una reparación o modificación.
La tarea de relevamiento puede tener distintos fines:
3.2.1 Mantenimiento preventivo
Consiste en efectuar las mediciones necesarias para determinar si uno o varios elementos se han desplazado de su posición correcta o deformado mas allá de lo que permiten las tolerancias establecidas y luego dar las indicaciones para efectuar las correcciones correspondientes; este trabajo se efectúa generalmente durante lo que en las industrias se denominan “paradas”, es decir cuando la planta se paraliza a los efectos de llevar a cabo todas las tareas inherentes a un adecuado estado de funcionamiento.
3.2.2 Reparaciones
Ante el surgimiento de desperfectos, roturas, deformaciones evidentes, etc., que afectan el funcionamiento y la producción, suele ser necesario analizar posibles causas de orden geométrico o, si son evidentes, proceder a efectuar las indicaciones para la reparación; suele ser un trabajo a realizar con urgencia; también es posible que para efectuar las mediciones se disponga de intervalos de tiempo relativamente cortos (por ejemplo pocas horas) en las cuales se pueda operar sin interferir la producción y/o sin peligro para quienes efectúan las mediciones.
3.2.3 Proyectar modificaciones o ampliaciones
Es como cualquier relevamiento previo a una obra de ingeniería, pero en el caso de las industrias requiere un minucioso y detallado relevamiento, de modo que las estructuras nuevas se diseñen y fabriquen ajustadas a la obra existente y que por tanto empalmen acertadamente con las que permanecen sin modificar
3.2.4 Control de deformaciones
En el proceso productivo, ya sea por las condiciones del mismo (como son en algunos casos las altas temperaturas), ya sea por anomalías preexistentes, en fin, por diferentes causas, pueden producirse deformaciones de estructuras (por ejemplo vigas que han sido sobrecargadas, dilatación excesiva, etc.); es necesario cuantificar las deformaciones midiéndolas, de modo que los especialistas puedan tomar las decisiones correspondientes. Por ejemplo en estructuras como los hornos de gran porte el control debe ser periódico.
3.2.5 Calibración geométrica
Hay casos en que es necesario ajustar elementos de una máquina o equipo para llevar su funcionamiento a un nivel óptimo; hay casos en que se requiere otra cosa, saber dimensiones reales para evaluar cuáles pueden ser los resultados de su funcionamiento en esas condiciones. Un ejemplo típico es de los tanques cilíndricos verticales y de gran porte para almacenamiento de líquidos, en los cuales se emite una tabla de calibración tal que a determinada variación de altura le corresponde determinada variación de volumen
3.2.6 Control de calidad dimensional
En muchas industrias la calidad dimensional de sus productos es un tema clave porque por su naturaleza están destinados a empalmar o funcionar acorde con otros; podemos mencionar el caso de los contenedores o de la fabricación de piezas o estructuras que serán a su vez componentes incluidos en otras mas grandes o complejas.
Por otra parte los folletos de propaganda de instrumental son prolíficos en fotos impactantes donde se controla la calidad dimensional en la fabricación de aviones o barcos.
4 Instrumental
No es demasiado lo que pretendemos decir. Tan solo llamar la atención en el sentido de que existe instrumental especial y accesorios, de particular utilidad en trabajos en la industria. Solo mencionamos algunos como ejemplos:
  • mira base invar, que permite observar con precisión milimétrica o mejor, distancias de varios metros
  • ocular acodado, que permite medir alturas angulares que de otra manera no se pueden observar, o bien permite estacionar aparatos en lugares críticos por sus dimensiones
  • plomada cenit-nadir, que determina visuales verticales con precisión milimétrica en decenas de metros
  • nivel de alta precisión con miras de invar para medir a la décima de milímetro o mejor aún
  • prisma de caras plano-paralelas, adosables a niveles o estaciones totales, para efectuar lecturas en miras a la décima de milímetro
  • plataformas para estacionamiento de aparatos adosables a columnas u otro tipo de estructuras
  • equipos para cálculo de coordenadas de alta precisión en tiempo real mediante intersección espacial
  • y muchos otros aparatos o accesorios, imposibles de citar todos ellos
  • como así también accesorios que el Ingeniero Agrimensor a cargo del trabajo inventa y hace fabricar para resolver un problema específico

Merece párrafo aparte el escáner laser. Su empleo es inevitable para el relevamiento de grandes instalaciones industriales geométricamente muy complejas, como por ejemplo destilerías, petroquímicas, etc. Las posibilidades de precisión y rapidez son extraordinarias pero su costo establece una gran limitación. Con la práctica y el tiempo se irá definiendo mejor la combinación de ambas variables (costo y prestación). Como sucede en general con el instrumental hay una tendencia a disminuir su costo relativo.
La variable tiempo, siempre importante, en el caso de la industria puede serlo mas aún, ya sea porque el montaje requiere cierto ritmo, ya porque hay que efectuar relevamientos o replanteos en períodos de interrupción de la actividad productiva que en algunos casos son breves.
5 Precisión y control de calidad
La Precisión es siempre función del Método, el Instrumental y el Tiempo disponible.
                                      P = f ( M, I, T )
En la adecuada combinación de estas tres variables es donde se evidencia el conocimiento y la habilidad del Ingeniero Agrimensor.
En el tema precisión suelen ponerse en evidencia interpretaciones distintas provenientes de diferentes formaciones profesionales. Entre las más comunes se encuentra la confusión entre precisión y tolerancia. El Ingeniero Agrimensor debe estimar las precisiones de las mediciones de modo de cumplir con las tolerancias establecidas. Por eso es de suma importancia:
·         a) que las tolerancias estén claramente especificadas; antes de realizar un trabajo debe acordarse (si es posible por escrito) cual es la tolerancia a respetar
·         b) debe efectuarse la labor de medición y cálculo en forma separada e independiente de la inspección de los mismos (en una industria en funcionamiento no siempre se puede cumplir este precepto, en particular por razones de tiempo)
·         c) todo trabajo debe estar diseñado de manera que el método adoptado incluya las operaciones necesarias para el autocontrol; el tiempo de trabajo programado debe incluir esa labor
·         d) el control de calidad debe incluir tanto la medición y el cálculo como la documentación; dentro de ésta tanto la que se recibe como la que se emite; un muy buen trabajo de medición y cálculo corre el riesgo de verse desvirtuado si la información de la que se partió no estaba actualizada o si la documentación que se emite no reúne la claridad necesaria
·         e) todo trabajo finaliza con un informe, plano, croquis o el documento que sea necesario, donde conste la fecha, el autor, la documentación que sirvió de origen, los resultados obtenidos y la nomenclatura que permita su clasificación, identificación y búsqueda a todos los efectos necesarios
6 Normas de seguridad
Todo trabajo profesional incluye normas de seguridad, pero en el caso de la industria el tema adquiere mayor complejidad y requiere el más celoso de los respetos. Existe evidente contradicción entre ese respeto y el trabajo en forma cómoda y veloz. Negarlo sería absurdo; tan absurdo como sacrificar las normas de seguridad en aras de una supuesta eficiencia en el trabajo. En la industria los riesgos se multiplican y por lo tanto, además de instruirse adecuadamente sobre las normas específicas de la industria en la que se está trabajando, el Ingeniero Agrimensor debe considerar en la propia programación de su trabajo el respeto a esas normas y la incidencia que ello tendrá en los métodos, el instrumental y el tiempo necesarios. Por supuesto que deben adoptarse las medidas necesarias para garantizar en primer término la seguridad de las personas intervinientes, pero además es necesario considerar la seguridad del instrumental.
7 Microgeodesia
Microgeodesia: “Medida de deformaciones en estructuras de obra civil o pequeñas extensiones de terreno mediante técnicas geodésicas de alta precisión” (definición del Instituto Geográfico Nacional de España).
No está muy claro. Lo cierto es que cuando se trata de alta precisión y espacios reducidos se suele hablar de microgeodesia, es decir de aplicar los conceptos geodésicos para las determinaciones en zonas más limitadas. ¿Qué significa “aplicar los conceptos geodésicos”?. En esencia considerar que la vertical varía de dirección de un punto a otro, aún cuando el desplazamiento sea pequeño. Veamos un caso:
Se trata del montaje de rieles de 90 metros de longitud para un carro que se desplaza sumergido en una pileta, lo que permite estudiar la influencia de distintos líquidos y variadas velocidades.
El pedido original establecía que ambos rieles debían responder a rectas horizontales dentro de una tolerancia de 0.1 mm. La respuesta del Ingeniero Agrimensor fue: una de dos, o recta o horizontal, tienen que elegir.
En efecto, si consideramos que una línea horizontal es normal a la vertical en todos sus puntos, se trata entonces de una curva que en 90 metros sufre un desvío del orden de 0.6 mm respecto a la recta normal a la vertical en uno de los extremos de los rieles. Allí aparece claramente la “microgeodesia”.
Sin embargo eso no implica que en cualquier trabajo en la industria tengamos que hablar de microgeodesia. Me parece mejor la denominación con que usualmente se denomina dichos trabajos: topografía industrial.





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