Unidades de referencia de movimiento (MRU)
Un sensor inercial que mide el balance, el cabeceo y el heave de un buque: cómo determina el heave, qué precisión tiene, dónde instalarlo y cómo lo utiliza la compensación activa de heave.
- Una unidad de referencia de movimiento (MRU) es un sensor inercial que mide el movimiento de un buque: balance, cabeceo y heave y, en la mayoría de los equipos, también los movimientos horizontales y las velocidades de giro.
- No mide directamente el heave. Integra dos veces la aceleración vertical y filtra la deriva. El heave en tiempo real suele tener una precisión de 5 cm o el 5 % de la amplitud del heave, el valor que sea mayor; el heave diferido, que llega unos minutos después, alcanza 2 cm o el 2 % en equipos de gama media.
- La precisión habitual del balance y el cabeceo es de 0.01 a 0.03° RMS, con salidas de hasta 200 Hz.
- La MRU mide el movimiento en el punto donde está instalada. La compensación activa de heave de una grúa necesita el movimiento en la punta de grúa, por lo que el controlador lo traslada mediante el brazo de palanca medido. Un compensador pasivo no necesita MRU.
Una unidad de referencia de movimiento es un sensor inercial compacto fijado al casco, a menudo cerca del centro de rotación del buque. Informa del movimiento del buque muchas veces por segundo. El posicionamiento dinámico, los sonares de levantamiento, las heliplataformas y las grúas y pasarelas con compensación de movimiento utilizan su señal. En las operaciones de izado en alta mar, es la señal de entrada para la compensación activa de heave.
Qué mide una MRU
En su interior hay tres acelerómetros y tres giróscopos de velocidad angular, uno de cada tipo por eje. Los giróscopos miden la velocidad de rotación del buque. Los acelerómetros miden la aceleración lineal y la dirección de la gravedad, que evita la deriva de los ángulos. Un procesador combina ambas mediciones y proporciona:
- Ángulos: balance y cabeceo, medidos respecto a la gravedad.
- Heave: desplazamiento vertical respecto a la posición media del punto, además de velocidad y aceleración verticales.
- Velocidades y aceleraciones en los tres ejes, que el controlador utiliza directamente. Un sistema de posicionamiento dinámico emplea el balance y el cabeceo para corregir sus referencias de posición.
Una MRU no conoce la posición del buque. El heave se mide respecto a un nivel medio, no a una altura absoluta. En muchos equipos, la guiñada se entrega solo como velocidad de giro; el rumbo verdadero procede de un girocompás o una brújula GNSS. Los equipos que incorporan posicionamiento GNSS se comercializan como sistemas de navegación inercial.
Los seis movimientos
Un buque se mueve de seis maneras. Se desplaza a lo largo de tres ejes y gira alrededor de esos mismos tres ejes:
| Movimiento | Eje | Qué lo provoca con oleaje |
|---|---|---|
| Avance longitudinal | Según X, de proa a popa | Olas de proa o de popa; deriva lenta |
| Desplazamiento lateral | Según Y, lateralmente | Olas de través; deriva lenta |
| Heave | Según Z, arriba y abajo | Cada ola; el movimiento que reduce un compensador de heave |
| Balance | Alrededor de X | Mar de través; poco amortiguado, por lo que puede amplificarse cerca de su período natural |
| Cabeceo | Alrededor de Y | Mar de proa o de popa |
| Guiñada | Alrededor de Z | Mar oblicua; controlada por el sistema de posicionamiento dinámico o el piloto automático |
La respuesta de un buque a cada período de ola se describe mediante su operador de amplitud de respuesta (RAO); consulte movimientos del buque y RAO.
Cómo determina el heave una MRU
Una MRU no tiene sensor de altura. Mide la aceleración según sus propios ejes y utiliza el balance y el cabeceo para obtener la componente vertical a_z, y elimina la gravedad e integra dos veces:
Un sesgo crece rápidamente con esa doble integración: solo 0.001 m/s² se convierte en 1.8 m de heave ficticio en un minuto (\tfrac{1}{2} b t^2). Por eso, el procesador de heave aplica un filtro de paso alto al resultado. Conserva el movimiento a las frecuencias de las olas y elimina la deriva lenta. El filtro tiene un coste: cerca de su frecuencia de corte, con mar de fondo de período largo, el heave en tiempo real pierde parte de su amplitud y se adelanta al movimiento real. Para un controlador, ambos efectos se manifiestan como movimiento residual.
Por eso, la mayoría de las MRU ofrecen dos salidas de heave:
| Salida | Cómo se obtiene | Uso |
|---|---|---|
| Heave en tiempo real | Se filtra utilizando solo datos anteriores, por lo que está disponible de inmediato | Control: compensación activa de heave y pasarelas con compensación de movimiento; vigilancia del movimiento de heliplataformas |
| Heave diferido | Se filtra con datos anteriores y posteriores a cada instante, por lo que es más preciso, pero llega unos minutos después | Datos de levantamiento procesados posteriormente y comprobación de la salida en tiempo real |
Un controlador solo puede utilizar el heave en tiempo real. También necesita la velocidad tanto como la posición: un compensador activo acciona el cabrestante o cilindro en sentido contrario a la velocidad del heave, y la predicción del movimiento compensa el retardo del actuador.
Precisión habitual
Las fichas técnicas de varios fabricantes indican valores similares para los equipos actuales de gama media y alta:
| Salida | Especificación habitual | Qué comprobar |
|---|---|---|
| Balance y cabeceo | 0.01 a 0.03° RMS | Si el valor es estático o dinámico; puede haber diferencias de varias veces |
| Heave en tiempo real | 5 cm o 5 % de la amplitud, el valor que sea mayor | Los períodos de ola a los que se aplica y su comportamiento con mar de fondo de período largo |
| Heave diferido | 2 cm o 2 %, el valor que sea mayor | El retardo, que impide utilizarlo para el control |
| Frecuencia de salida | Hasta 200 Hz | La latencia a menudo no figura en la ficha técnica: solicite el tiempo entre la medición y la salida |
Según fichas técnicas públicas de 2020 a 2025. Los equipos de gama alta alcanzan alrededor de 0.008° y 1 cm o 1 % en heave diferido. Son valores habituales; prevalecen la ficha técnica y las condiciones de ensayo del equipo elegido.
Para un izado, el error propio del sensor (5 %, es decir, unos 10 cm con un heave de 2 m) rara vez es el mayor. Los errores más grandes suelen proceder de fuera del sensor: un brazo de palanca incorrecto, una instalación desalineada o una señal leída en el punto equivocado.
Instalación y brazo de palanca
La MRU informa del movimiento del punto donde está fijada. Una punta de grúa situada a 30 m se mueve mucho más porque la rotación añade desplazamiento: un grado de cabeceo con la proa hacia arriba eleva un punto situado 30 m a proa en
Por tanto, el controlador traslada el movimiento desde el sensor O hasta la punta de grúa P mediante la velocidad de rotación del buque \boldsymbol{\omega} y el brazo de palanca \mathbf{r}_{OP} entre ambos:
Esta expresión es válida para un punto fijo al casco. Cuando la grúa gira o abate la pluma, la punta también se mueve respecto al casco, y el controlador añade esa velocidad a partir de los sensores de ángulo de la grúa. Un compensador de heave utiliza la componente vertical, v_{P,z}. Muchas MRU también pueden proporcionar el movimiento en puntos remotos configurados mediante los mismos desplazamientos. En cualquier caso, la precisión depende de la instalación:
- Instálela cerca del centro de rotación, sobre una estructura rígida y lejos de motores y otras fuentes de vibración.
- Alinéela con los ejes del buque y registre cualquier desviación de montaje: un sensor desalineado informa del balance y el cabeceo respecto a ejes incorrectos y traslada el movimiento al punto equivocado.
- Mida los desplazamientos desde la MRU hasta cada punto que requiera datos de movimiento, y compruebe los signos y las unidades respecto al sistema de coordenadas del controlador.
- Prevea los fallos: una segunda MRU y una respuesta definida ante la pérdida de señal o una señal inverosímil, antes del izado y no durante él.
Las MRU en la compensación de heave
En la compensación activa de heavede una grúa, la MRU proporciona la señal de entrada. El controlador toma el movimiento en tiempo real, lo traslada a la punta de grúa, predice su evolución para compensar el retardo del actuador y acciona el cabrestante o cilindro en sentido contrario. La estabilidad de la carga suspendida depende de toda la cadena: la precisión y latencia de la MRU, la predicción y la velocidad y fuerza del actuador. El sensor por sí solo no mantiene inmóvil el gancho.
Un compensador pasivo no necesita MRU. Su resorte de gas responde directamente a la carga, por lo que aísla la carga del heave de la punta de grúa sin medir el movimiento. ANTARES, nuestra unidad pasiva adaptativa, añade control automático del amortiguamiento mediante sus propios sensores, mientras que el soporte de la carga sigue siendo pasivo. VEGA, nuestro compensador activo en línea en desarrollo, combina el control activo del cilindro mediante la MRU con el control automático del amortiguamiento. La comparación entre compensación activa y pasiva explica cuándo conviene cada una.
IMU, VRU o MRU
Los nombres se solapan entre fabricantes, pero describen cuánto procesamiento realiza el equipo:
| Denominación | Qué proporciona | Uso habitual |
|---|---|---|
| IMUunidad de medición inercial | Aceleración y velocidad de rotación sin procesar en tres ejes | El sensor integrado en los demás equipos; su salida requiere procesamiento |
| VRUunidad de referencia vertical | Balance y cabeceo; a veces, heave | Orientación de antenas y sensores, y vigilancia sencilla del movimiento |
| AHRSsistema de referencia de actitud y rumbo | Balance, cabeceo y rumbo; sin heave | Orientación y rumbo cuando no se necesita heave |
| MRUunidad de referencia de movimiento | Balance, cabeceo y heave procesado; por lo general, también desplazamientos longitudinal y lateral, y velocidades en los tres ejes | Posicionamiento dinámico, levantamientos, grúas y pasarelas con compensación de movimiento |
| INSsistema de navegación inercial | Las salidas de una MRU más posición y rumbo verdadero, con GNSS | Navegación y posicionamiento para levantamientos |
Para la compensación activa, importa más la salida que la denominación: heave en tiempo real y su velocidad en el punto que necesita el controlador, con una latencia especificada.
Preguntas frecuentes
¿Qué es una unidad de referencia de movimiento (MRU)?
Es un sensor inercial fijado a un buque que mide su movimiento: balance, cabeceo y heave y, en la mayoría de los equipos, movimientos horizontales y velocidades de giro. Combina tres acelerómetros y tres giróscopos de velocidad angular con un procesador y proporciona salidas de hasta 200 Hz. El posicionamiento dinámico, los levantamientos y la compensación activa de heave utilizan su señal.
¿Cómo mide el heave una MRU?
Mide la aceleración según sus propios ejes, obtiene la componente vertical a partir del balance y el cabeceo, elimina la gravedad, integra dos veces y aplica un filtro de paso alto para eliminar la deriva. El heave en tiempo real está disponible de inmediato y se utiliza para el control; el heave diferido utiliza datos posteriores a cada instante, por lo que es más preciso, pero llega unos minutos después y sirve para procesar levantamientos.
¿Qué precisión tiene una MRU?
Valores habituales en fichas técnicas: balance y cabeceo de 0.01 a 0.03° RMS; heave en tiempo real de 5 cm o el 5 % de la amplitud del heave (el valor que sea mayor); heave diferido de 2 cm o el 2 % en equipos de gama media. Los equipos de gama alta alcanzan alrededor de 0.008° y 1 cm o el 1 %. Compruebe si el valor es estático o dinámico, los períodos de ola aplicables y la latencia.
¿En qué se diferencian una IMU, una VRU y una MRU?
Una IMU proporciona aceleración y velocidad de rotación sin procesar. Una VRU las procesa para obtener balance y cabeceo y, a veces, heave. Un AHRS añade rumbo, pero no heave. Una MRU añade heave procesado y, normalmente, desplazamientos longitudinal y lateral y velocidades en los tres ejes. Un INS añade posición GNSS y rumbo verdadero.
¿Dónde debe instalarse una MRU?
Cerca del centro de rotación del buque, sobre una estructura rígida alejada de vibraciones y alineada con los ejes del buque. Mida los desplazamientos hasta cada punto que necesite datos de movimiento: el controlador traslada el movimiento a la punta de grúa mediante ese brazo de palanca, y un cabeceo de 1° desplaza un punto situado a 30 m unos 0.52 m.
¿Necesita una MRU la compensación pasiva de heave?
No. El resorte de gas de un compensador pasivo responde directamente a la carga, sin medir el movimiento. La compensación activa de heave necesita una MRU porque su controlador acciona el cabrestante o cilindro en sentido contrario al movimiento medido.
Fundamento y fuentes
- Fichas técnicas públicas de unidades de referencia de movimiento de varios fabricantes, de 2020 a 2025: precisión de balance, cabeceo y heave, heave diferido, frecuencias de salida y puntos remotos de seguimiento.
- Cinemática de cuerpos rígidos para trasladar el movimiento mediante el brazo de palanca, \mathbf{v}_P = \mathbf{v}_O + \boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r}_{OP}.
- Artículos del Centro de conocimiento de Norwegian Dynamics sobre compensación activa de heave y movimientos del buque.
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