Inclinómetros para maquinaria móvil: ¿estáticos o dinámicos?

¿Qué mide un inclinómetro?

Un inclinómetro, o sensor de inclinación, mide el ángulo entre el sensor y la vertical. No necesita ninguna unión mecánica con un eje. Basta con atornillarlo a la pieza cuyo ángulo quieres conocer: una pluma, un chasis, una cuchara o una fila de paneles solares.

En su interior hay un acelerómetro MEMS, una diminuta estructura de silicio que detecta la gravedad. Cuando el sensor se inclina, la gravedad se reparte entre sus ejes, y el ángulo se calcula a partir de la relación entre ellos.

Estático o dinámico: por qué el sensor puede equivocarse

Un acelerómetro no distingue la gravedad de cualquier otra aceleración. Cuando la máquina está parada, no hay problema. Pero cuando la pluma de una grúa gira, una excavadora frena o un tractor pasa por encima de una piedra, la aceleración del movimiento se suma a la gravedad y el sensor cree que el ángulo ha cambiado.

El error crece rápidamente. Una aceleración lateral de 0,1 g, unos 1 m/s², da un error de ángulo de casi 6 grados.

Un sensor estático amortigua las perturbaciones con filtros, pero eso también hace que la señal sea lenta. Un sensor dinámico tiene un acelerómetro y un giroscopio. El giroscopio mide la velocidad de giro y reacciona al instante a los cambios reales de ángulo, pero deriva lentamente con el tiempo. El acelerómetro acierta a largo plazo, pero le afecta el movimiento. Con la fusión de sensores, a menudo un filtro de Kalman, el ángulo es a la vez rápido y estable.

Ejes, precisión y errores habituales

Un sensor de un eje con un rango de 360° es adecuado para todo lo que gira en un plano, como la pluma de una grúa. Un sensor de dos ejes mide cabeceo y alabeo, normalmente ±90°, y es adecuado para nivelar chasis, plataformas e implementos.

Distingue entre resolución y precisión. La resolución es el paso más pequeño que puede mostrar el sensor, por ejemplo 0,01°. La precisión indica cuánto se acerca el valor a la realidad, por ejemplo ±0,1° o ±0,5°. En los sensores dinámicos se suelen dar dos valores: la precisión estática con la máquina parada y la precisión dinámica cuando se mueve. Comprueba también la deriva térmica: la maquinaria móvil trabaja tanto con el frío del invierno como con el calor del verano.

1. Un sensor estático en una máquina en movimiento. El valor salta cuando la máquina frena o gira, y un filtro fuerte lo vuelve lento. Elige un sensor dinámico.
2. Montaje en una pieza que vibra. En una chapa fina, el sensor mide el movimiento de la chapa. Móntalo sobre una superficie rígida.
3. Confundir resolución con precisión. Dos decimales no hacen que un valor sea correcto. Compara la precisión y la deriva térmica.
4. Orientación de montaje incorrecta. El sensor mide respecto a su carcasa. Comprueba el eje, el sentido y el punto cero durante la puesta en marcha.

Salidas: CANopen, SAE J1939 o analógica

• CANopen: habitual en grúas, plataformas elevadoras y otras máquinas móviles. Los inclinómetros tienen su propio perfil de dispositivo, CiA 410, que hace que los sensores de distintos fabricantes se configuren de forma parecida.
• SAE J1939: estándar en camiones y maquinaria agrícola y de construcción. Encaja bien cuando el sensor se conecta a la misma red que el motor y la transmisión.
• Analógica 4–20 mA o 0–10 V: conexión sencilla a un PLC o controlador sin CAN. La señal de 4–20 mA soporta cables largos y muestra un cable roto como 0 mA.

Los sensores montados en el exterior de una máquina deben soportar la intemperie, los lavados y las vibraciones. Son habituales IP67 e IP69K, conectores M12 y un rango de temperatura hasta −40 °C.

Seguridad funcional: ISO 13849, IEC 61508 e ISO 25119

Cuando el inclinómetro sirve para impedir que una grúa o una plataforma elevadora vuelque, pasa a formar parte de una función de seguridad. Los requisitos se aplican entonces a toda la cadena, del sensor al controlador, y a menudo el sensor tiene que estar certificado.

• ISO 13849-1: seguridad de las máquinas, con niveles de prestaciones PL a–e.
• IEC 61508: la norma básica de seguridad funcional, con SIL 1–4.
• ISO 25119: tractores y maquinaria agrícola y forestal, con AgPL a–e.
• ISO 19014: maquinaria para movimiento de tierras, como excavadoras y cargadoras de ruedas.

Las normas de producto suelen remitir a estas, por ejemplo la EN 280-1 para plataformas elevadoras móviles de personal y la EN 13000 para grúas móviles. Si el sensor forma parte de una función de seguridad, pide el certificado y el manual de seguridad: una alta precisión no basta.

¿Dónde se usan los inclinómetros?

• Grúas: ángulo de pluma para la limitación del momento de carga e inclinación del chasis antes de bloquear los estabilizadores.
• Plataformas elevadoras: vigilancia de la inclinación que detiene el movimiento cuando la máquina se inclina demasiado.
• Excavadoras: ángulo de pluma, balancín y cuchara para el control de máquina.
• Agricultura y silvicultura: nivelación de barras de pulverización, inclinación de cosechadoras forestales y estabilidad en pendientes.
• Energía: seguidores solares que orientan los paneles siguiendo al sol.
• Ferrocarril e infraestructuras: máquinas de mantenimiento de vía y vigilancia de puentes y taludes.
• Tecnología médica: inclinación de camillas y camas.
• Defensa y rescate: nivelación de vehículos, mástiles y antenas.

Inclinómetros de SCN

Tenemos inclinómetros estáticos y dinámicos e IMU de 6 ejes de Gemac y Posital, con salidas CANopen, SAE J1939 y analógicas. Hay versiones económicas para máquinas sencillas y sensores de precisión con una precisión estática de ±0,1°.

Ejemplos de nuestra gama

Preguntas frecuentes

¿Son lo mismo un inclinómetro y un sensor de inclinación?

Sí. Inclinómetro, sensor de inclinación y clinómetro se usan para el mismo tipo de sensor, que mide el ángulo respecto a la vertical.

¿Por qué se equivoca mi inclinómetro cuando la máquina se mueve?

Un sensor estático no distingue la gravedad de la aceleración. Cuando la máquina frena, gira o vibra, el movimiento se interpreta como inclinación. Un sensor dinámico con giroscopio y fusión de sensores lo resuelve.

¿Qué es una IMU?

Una IMU (unidad de medida inercial) tiene un acelerómetro de tres ejes y un giroscopio de tres ejes. Da la aceleración y la velocidad de giro en todas las direcciones, y a menudo también una inclinación calculada.

¿Qué precisión tiene un inclinómetro?

Los sensores para maquinaria móvil suelen tener una precisión de ±0,1–0,5° con la máquina parada. Durante el movimiento el error crece, sobre todo en los sensores estáticos.

¿Necesito un inclinómetro con certificación de seguridad?

Si el sensor forma parte de una función de seguridad, como la protección antivuelco de una grúa o una plataforma elevadora, la función debe cumplir el nivel que exige la evaluación de riesgos. Eso suele requerir un sensor certificado.