sensorización carreteras

Cuando circulamos por las carreteras nuestra seguridad depende del estado del pavimento. La información en tiempo real proporcionada por sensores embebidos puede ayudar a tomar medidas antes de que se produzcan situaciones de deterioro (riesgo). Una cuestión interesante respecto a la tecnología de sensorización es ¿cómo proveer de energía a estos sensores autónomos? La respuesta actual pasa por elegir entre dispositivos piezoeléctricos o transmisión eléctrica inalámbrica

El objetivo fundamental del pavimento de las carreteras es prestar a los usuarios un servicio de calidad que satisfaga sus necesidades de movilidad durante el tiempo de vida para el que sea concebido. Una situación de deterioro, genera un mayor riesgo de sufrir un accidente, más incomodidad en la conducción, más gasto de combustible, más deterioro del vehículo, más emisiones nocivas a la atmósfera…

La Asociación Española de la Carretera (AEC) ha publicado en mayo de 2016 el informe “Necesidades de inversión en conservación“, destacando cómo el estado de conservación de las vías en nuestro país continúa empeorando. De seguir esta tendencia, antes de 2020 será necesario reconstruir buena parte de la red.

Coincido con los expertos en que la conservación de nuestras carreteras no puede dejarse en manos del azar: ni depender de que situaciones de crisis obliguen a reducir el presupuesto, ni esperar a la aparición de situaciones irreversibles.

En estas circunstancias, se hace más necesario seguir desarrollando nuevas tecnologías y metodologías que apoyen la gestión de infraestructuras y que permitan conservar y rehabilitar nuestra red viaria al menor coste económico y medioambiental.

Instrumentación con sensores embebidos en el firme

El tráfico y las condiciones ambientales/meteorológicas, agravadas por los problemas relacionados con el cambio climático, afectan significativamente al deterioro del firme de nuestras carreteras.

sensorizacion de carreterasEl número de ejes, la carga por eje, la velocidad de circulación de los vehículos… afectan al comportamiento estructural del firme. La radiación solar, la lluvia, los gradientes térmicos, los ciclos hielo-deshielo, las sales fundentes empleadas contra el hielo o el derrame de aceites y combustibles, entre otros factores, tienen un impacto significativo en la vida del pavimento y en su fatiga.

Es necesario un mantenimiento preventivo basado en información del estado del firme y encaminado a prevenir la aparición de este deterioro o a subsanarlo rápidamente mediante actuaciones de reparación y mantenimiento.

Para evaluar el estado de un firme se emplean, habitualmente, la inspección visual y la auscultación periódica. Una alternativa dinámica es la instrumentación con sensores embebidos en el firme. Con la monitorización continua, se pretende que quienes toman las decisiones puedan conocer, en tiempo real, el estado del firme.

Experiencias como las del proyecto CENIT OASIS, en las que colaboramos con OHL Concesiones y GEOCISA, avalan esta alternativa -no exenta de dificultades- como que los sensores superen las condiciones agresivas durante el extendido y la compactación, o alimentar los sensores durante el tiempo de vida de un pavimento asfáltico que se sitúa entre los 20 y 30 años.

En este segundo aspecto, como no siempre se dispone de alimentación eléctrica cableada o para superar los problemas de la flexibilidad del cableado, un reto tecnológico significativo, es empotrar en el pavimento sensores autónomos, con alimentación no cableada y comunicación inalámbrica ¿Cómo proveer de energía a los sensores sin cables y durante el tiempo de vida del pavimento?

¿Dispositivos piezoeléctricos vs. alimentación inalámbrica?

Frente a la alimentación con baterías que, al tener una energía limitada, requieren una sustitución periódica o una recarga, se puede alimentar los sensores con energía captada de la propia carretera, por ejemplo, mediante dispositivos piezoeléctricos.

A finales del siglo XIX, los hermanos Pierre y Jacques Curie denominaron “efecto piezoeléctrico” al fenómeno que ocurre en determinados cristales que al ser sometidos a presión o a un movimiento mecánico, generan energía eléctrica. En la carretera, parte de la energía del vehículo se convierte en deformación vertical del firme que se puede transformar en energía eléctrica mediante los dispositivos piezoeléctricos. La cantidad de energía generada depende del número de vehículos que paasociacion española de la carreterasen.

En el proyecto CIEN REPARA 2.0, en el que estamos trabajando actualmente,  hemos optado por otro camino. Estamos investigando en colaboración con Sacyr Construcción, Acciona Infraestructuras, Repsol, Fractalia, CHM, Cemosa, Solid Forest e Inzamac, la recarga de las baterías de los sensores autónomos mediante transmisión eléctrica inalámbrica.

También a finales del siglo XIX, Nikola Tesla propuso lo que se conoce como “efecto Tesla”. En este caso, las variaciones en el flujo magnético tienen la capacidad de transmitir electricidad a distancia sin necesitar soporte sólido o algún tipo de conductor. En la carretera, periódicamente se recargarían las baterías de los sensores según sus necesidades de potencia (principalmente definida por la transmisión de datos). La transferencia de energía tiene un alcance limitado.

La eficiencia de ambas tecnologías es, ahora mismo, un aspecto crítico.

¿Curie vs Tesla? Realmente, enfrentar estas tecnologías (utilizar “versus” con el significado de “contra” o “frente a”) no es una expresión afortunada. Ambas tecnologías abren un mundo de oportunidades para nuevas aplicaciones, pero ¿son también complementarias? ¿qué opináis?

Fernando Gayubo Rojo

Fernando Gayubo Rojo

Dr. Ingeniero Industrial. Sus áreas de trabajo actuales se centran en la sensorización, robótica industrial, comunicaciones industriales, visión industrial y tiempo real.
Fernando Gayubo Rojo
facebooktwittergoogle_pluslinkedin

About Fernando Gayubo Rojo

Dr. Ingeniero Industrial. Sus áreas de trabajo actuales se centran en la sensorización, robótica industrial, comunicaciones industriales, visión industrial y tiempo real.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *