CÓRDOBA – ARGENTINA - OCTUBRE DE 2013
ALDO MANGIATERRA
ALDO MANGIATERRA
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
La tolerancia en el desnivel (H) es ±
Como vemos la solución es muy
sencilla. Sin embargo la metrología mecánica no dispone de herramientas para
proveer una solución adecuada.
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.
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
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.
Aldo, me alegro de haber encontrado esta pagina. Mis saludos y espero que me contestes.
ResponderEliminarManuel (Atucha II)
Por favor, enviame una dirección de correo a aldomangiaterra@gmail.com
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