El sensor de masa vehicular es una herramienta esencial en diversas aplicaciones, desde la gestión de accesos hasta la medición de cargas en pavimentos. A continuación, se detallará su funcionamiento, aplicaciones y un caso de estudio sobre un prototipo para medir cargas vehiculares en pavimentos flexibles.
Aplicaciones en Control de Acceso Vehicular
Es una solución de Control de Acceso Vehicular especialmente diseñada para accesos restringidos de Condominios, edificios residenciales y de oficinas. El kit incorpora Cámara de Reconocimiento de Patentes (LPR), Barrera Automática y Software de Gestión. El sistema permite mantener listas de vehículos autorizados (“listas blancas”) y no autorizados (“listas negras”).
Ventajas en Accesos a Condominios
Ampliamente valorado en accesos a condominios, ya que el vehículo no debe detenerse, lo que brinda una sensación de seguridad invalorable. Reconocimiento con el vehículo en movimiento.
Uso en Portones Eléctricos y Barreras Automáticas
Los portones eléctricos batientes y correderas, además del motor, brazos, centrales electrónicas, cremalleras, chapas y controles remotos que son elementos fundamentales e imprescindibles para el funcionamiento normal, existen los accesorios que en algunos casos son optativos y en otros casos son fundamentales para tener una instalación segura y eficiente.
Portones Eléctricos
La dinámica de funcionamiento más simple se trata de que el vehículo se pose sobre el recuadro de alambre soterrado, generando un pulso a la central del motor, logrando que el portón automático se abra y una vez haya avanzado el vehículo el portón se cierre inmediatamente.
Barreras Automáticas
Una vez suba la pluma con algún dispositivo de apertura y mientras el vehículo se encuentre posado sobre el recuadro de alambre soterrado la pluma no se baje, y una vez salga el vehículo de dicho recuadro la pluma de la barrera automática baja inmediatamente, pero también se puede usar a la inversa que la pluma suba cuando se pose en el recuadro, o bien, ambas opciones juntas.
Baliza para Portón Automático
Es un dispositivo de iluminación amarillo que sirve para alertar, alarmar o visibilizar la apertura y cierre del portón eléctrico, en resumen la salida y entrada de vehículos. Por norma deben ser amarillas, no rojas como normalmente se cree, existen de luz destellante y foco de rotación, con led y con ampolletas, de 24 V y 220 V, con y sin sonido de alarma. Normalmente van conectadas a la central de motor del portón automático, pero también se pueden armar un mecanismo con dip switch, interruptores o similares. En resumen, pese a su simpleza es un accesorio de seguridad fundamental e indispensable en portones automático de alto tráfico de empresas, fábricas, condominios y edificios, no puede faltar en portones eléctricos ubicados en veredas y calles de alto tráfico de peatonas y vehículos.
Prototipo para Medir Cargas Vehiculares en Pavimentos Flexibles
El artículo presenta el diseño y la construcción de un prototipo con el cual es posible medir cargas vehiculares en un pavimento flexible, a partir de las vibraciones que dichos vehículos generan cuando se movilizan sobre esta estructura vial. El principio físico es simple: cuando un vehículo circula sobre la superficie de un pavimento, éste genera vibraciones que pueden ser percatadas en zonas adyacentes a la vía en estudio, y las amplitudes de dichas deformaciones pueden dar información sobre la magnitud de la carga rodante.
Introducción
Una de las principales variables del diseño de estructuras de pavimentos es el tránsito. Esta variable se calcula realizando el conteo y pesaje de vehículos y ejes de carga que circulan por una vía durante un período determinado de tiempo (generalmente una semana), para luego ser proyectados al período de diseño con el fin de estimar el número de ejes de carga que circulará por la vía durante la vida útil de la estructura de pavimento. Cada eje de carga puede presentar peso, configuraciones y presiones de inflado de llanta diferentes los cuales aportan a la estructura un grado de agresividad y deterioro (medido principalmente en términos de fatiga, ahuellamiento y erosión) distinto.
Por lo anterior, por lo general, para el cálculo de la variable tránsito, este grado de agresividad de cada eje de carga se convierte al que en teoría producirá un eje estándar equivalente de 8,2 t. Una nueva metodología para evaluar el grado de desempeño de los pavimentos es utilizar como variable tránsito espectros de carga. De acuerdo con Castellanos y Rojas (2005), los espectros de carga son la representación gráfica de la carga por eje que hace uso de la vía en un período determinado de tiempo, y se representan por medio de histogramas que son desagregados por cada tipo de vehículo que circula por la vía.
En Colombia, el pesaje de vehículos de carga para el cálculo de la variable tránsito se realiza por medio de básculas. El anterior procedimiento tiene como principales desventajas:
- Se necesitan estaciones especiales de pesaje (por lo general fuera de las ciudades en los peajes).
- Es difícil el pesaje de los diferentes vehículos en puntos específicos sobre vías urbanas.
- El pesaje se realiza de manera estática y se observa la distribución por eje, más no el impacto dinámico del conjunto de ejes de carga.
- Procedimiento lento, costoso y peligroso en carreteras de alto flujo vehicular (Zhang et al., 2008).
- En algunas ocasiones, vehículos circulando con exceso en su peso máximo permitido de carga no pueden ser identificados, debido a que los operadores de dichos vehículos conocen el sitio exacto en donde se realiza la medición de la carga y desarrollan estrategias para no ser identificados.
Para poder solventar las anteriores deficiencias se propuso diseñar y construir un prototipo que pueda medir la magnitud y el número de cargas que circulan sobre un pavimento, por medio de la vibración que generan dichas cargas cuando se mueven sobre la superficie de rodadura. Los resultados reportados en el presente artículo son los concernientes a la primera fase de una investigación que busca diseñar y construir una herramienta (prototipo) que permita estimar las cargas que circulan sobre un pavimento de tipo flexible sin tener que detener el tránsito vehicular. Para tal fin, las amplitudes de carga que los vehículos generan sobre las vías son calculadas utilizando las amplitudes de vibración que los mismos producen cuando circulan sobre la superficie del pavimento.
Con el diseño y construcción del prototipo se busca desarrollar una nueva tecnología y metodología para la estimación de la carga vehicular que circula sobre estructuras de pavimento flexible en Colombia. Adicionalmente el prototipo servirá para:
- Detectar la circulación ilegal de camiones que sobrepasen las cargas máximas permitidas por el Ministerio de Transporte en Colombia.
- Reunir información que pueda ser utilizada por las instituciones que planean y administran la malla vial en Colombia.
Inicialmente el artículo presenta de manera resumida los equipos más utilizados en el mundo para estimar cargas en pavimentos, para luego describir brevemente el prototipo desarrollado y los resultados obtenidos de utilizarlo en campo sobre una estructura de pavimento flexible (este tipo de estructura fue escogida debido a que es la más construida en Colombia). Por último se presenta una ecuación matemática con la cual es posible predecir la masa o carga que circula sobre el pavimento con base en las vibraciones que los vehículos generan cuando se movilizan.
Sistemas de Medición en el Mundo
Diversos sistemas han sido implementados en el mundo con el fin de estimar las cargas que circulan sobre pavimentos. Los más utilizados son aquellos en los cuales se puede estimar la cantidad y magnitud de carga vehicular sin tener que parar el tránsito. A este tipo de tecnología se les denomina "peso en movimiento" (WIM por sus siglas en inglés). A pesar de sus amplias ventajas técnicas para la determinación de cargas vehiculares en movimiento sobre estructuras viales, presentan como principales desventajas, que las técnicas actuales son costosas de instalar y mantener, y experimentan baja precisión.
Existen diversos tipos de sensores WIM. Los más utilizados en estudios viales son: placas en flexión, celdas de carga, sensores piezoeléctricos, de capacitancia y fibras ópticas.
Tipos de Sensores WIM
- Placas en Flexión: Utilizadas sobre vías con vehículos circulando a baja y alta velocidad. La precisión de las mediciones en campo utilizando este tipo de sensor es alta. Desventajas: dificultad para realizar su instalación y mantenimiento, y es un mecanismo costoso.
- Celdas de Carga: Dentro de los sensores WIM, las celdas de carga son las más sensibles y exactas para medir cargas dinámicas. Es un mecanismo costoso y difícil de instalar.
- Sensor Piezoeléctrico: Se utiliza por lo general, para medir cargas a altas velocidades. A bajas velocidades o bajo cargas estáticas, las mediciones de este tipo de sensor son bastante deficientes. Las principales ventajas de este sensor son sus bajos costos de operación en comparación con los otros tipos, y su facilidad de uso e instalación. La principal desventaja de utilizar sensores piezoeléctricos es que normalmente las mediciones no son tan exactas.
- Sensor de Capacitancia: Cuando un vehículo se mueve sobre este tipo de sensor, la distancia entre las placas decrece y la capacitancia incrementa. Con esta información de distancia y capacitancia es que se obtiene la estimación de la carga del eje que circula sobre la vía.
- Sensores de Fibra Óptica: Tienen como principal ventaja que pueden ser utilizados en lugares donde otros sensores WIM pueden ser afectados o no utilizados (p.e., puentes, cerca de ferrovías o en centrales eléctricas). Adicionalmente, la fibra óptica presenta mejores resultados y exactitud en la estimación de cargas rodantes en comparación con equipos piezoeléctricos.
Descripción del Prototipo
En el diagrama de bloques de la Figura 6, se pueden distinguir las etapas que se llevaron a cabo para realizar el prototipo. En esta figura se pueden distinguir cinco etapas principales: el sensor, acondicionamiento de la señal, conversor análogo a digital, el procesador PSOC el cual realiza la adquisición, adecuación, procesamiento de la señal del sensor utilizado para medir el espectro de carga, y el PC.
El sensor utilizado es un acelerometro tipo mems MMA7260QT de freescale semiconductor de tres ejes, el cual entrega una señal analoga, con una sensitividad de 66mv por gravedad, este sensor es capaz de medir aceleraciones desde 0.1g hasta 6g y opera en un rango de voltaje de 2.4v a 3.6v. El diseño del acelerómetro posibilita obtener una señal eléctrica proporcional a la aceleración de la superficie donde haya sido fijado éste.
Para el desarrollo del protoripo fue necesario parametrizar la señal que se obtiene por medio del acelerómetro de las vibraciones producidas sobre el pavimento cuando circulan los vehículos sobre la capa de rodadura. Se realizaron mediciones de la señal de salida del acelerómetro obteniendo señales como las que se ilustran en la Figura 7.
La amplitud de la señal obtenida por el acelerómetro es transmitida inalámbricamente hacia un PC para luego ser visualizada en un software de adquisición de datos utilizan...
tags:
