FUNDAMENTOS DE GESTIÓN PORTUARIA
MÓDULO 4
AUTOMATIZACIÓN PORTUARIA
Fundamentos de Gestión Portuaria
Módulo 4
Autor del curso Banco Interamericano de Desarrollo (BID) (www.iadb.org), a través de su Sector de Integración y Comercio (INT). Coordinador del curso Banco Interamericano de Desarrollo (BID) (www.iadb.org), a través de su Sector de Integración y Comercio, el Instituto para la Integración de América Latina y el Caribe (INTAL) (www.iadb.org/es/intal), el Instituto Interamericano para el Desarrollo Económico y Social (INDES) (www.indes.org). Autor del Módulo HwanSeong KIM, PhD en Ingeniería de Sistemas, Universidad de Kumamoto, Japón. Actualmente Profesor de la Universidad Marítima y del Océano de Corea, Departamento de Logística desde 1998; 2012 – 2014: Administador del Centro para la Gestión Integrada de Logística y Apoyo Tecnológico; 2011 – 2015: Gerente de Proyecto, Desarrollo de Carga/Descarga y Sistemas de Transporte para el Centro de Logística Inteligente (apoyado por MLIT); 2014-2015: Profesor Visitante, Universidad de John Moore, Reino Unido. Coordinación pedagógica y de edición El Instituto Interamericano para el Desarrollo Económico y Social (INDES) (www.indes.org), en colaboración con la Fundación Centro de Educación a Distancia para el Desarrollo Económico y Tecnológico (CEDDET) (www.ceddet.org).
Copyright ©2017 Banco Interamericano de Desarrollo. Esta obra se encuentra sujeta a una licencia Creative Commons IGO 3.0 Reconocimiento-NoComercial-SinObrasDerivadas (CC-IGO 3.0 BY-NC-ND) (http://creativecommons.org/licenses/by-ncnd/3.0/igo/legalcode). Este documento es propiedad intelectual del Banco Interamericano de Desarrollo (BID). Cualquier reproducción parcial o total de este documento debe ser informada a: BIDINDES@iadb.org Cualquier disputa relacionada con el uso de las obras del BID que no pueda resolverse amistosamente se someterá a arbitraje de conformidad con las reglas de la CNUDMI (UNCITRAL). El uso del nombre del BID para cualquier fin distinto al reconocimiento respectivo y el uso del logotipo del BID, no están autorizados por esta licencia CC-IGO y requieren de un acuerdo de licencia adicional. Note que el enlace URL incluye términos y condiciones adicionales de esta licencia. Las opiniones incluidas en los contenidos corresponden a sus autores y no reflejan necesariamente la opinión del Banco Interamericano de Desarrollo.
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Tabla de contenidos Índice de gráficos ............................................................................................................ 4 Índice de cuadros ............................................................................................................ 6 Glosario ............................................................................................................................ 7 Presentación del módulo ................................................................................................ 9 Objetivo general del módulo ........................................................................................ 10 Preguntas guía para el aprendizaje .............................................................................. 10 UNIDAD I. TENDENCIAS EN EL ENTORNO PORTUARIO .............................................. 11 Objetivo de la unidad ..................................................................................................... 11 I.1. Tendencia al aumento de tamaño de las embarcaciones ....................................... 11 I.2. Tendencias en el tamaño y operación de las terminales de contenedores........... 13 Síntesis de la unidad ...................................................................................................... 19 UNIDAD II. DISEÑO DE TERMINALES DE CONTENEDORES AUTOMATIZADAS ........ 20 Objetivo de la unidad .................................................................................................... 20 II.1. Terminales de configuración horizontal ................................................................ 20 II.2. Terminales de configuración vertical .................................................................... 22 Síntesis de la unidad ...................................................................................................... 25 UNIDAD III. EQUIPO DE MANIPULACIÓN DE CONTENEDORES DEL LADO DEL MUELLE .................................................................................................................. 26 Objetivo de la unidad .................................................................................................... 26 III.1. Funciones principales de las grúas para contenedores ....................................... 27 III.2. Cambios en el tamaño de las grúas para contenedores debido al aumento del tamaño de los buques............................................................................................. 29 III.3. Métodos de manipulación de contenedores según los diferentes tipos de carro .......................................................................................................................... 30 III.4. Sistemas adicionales para la manipulación de contenedores ............................ 32 Síntesis de la unidad ...................................................................................................... 35 UNIDAD IV. EQUIPOS PARA LA TRANSFERENCIA DE CONTENEDORES .................... 36 Objetivo de la unidad .................................................................................................... 36 IV.1. Definición ............................................................................................................... 36 3
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IV.2. Tractores de patios (y/t) ....................................................................................... 37 IV.3. Carretillas pórtico/shuttle carriers (s/c) ............................................................... 38 IV.4. Vehículos de guiado automatizado (avg) ............................................................ 40 IV.5. Vehículos de carga automatizada (alv) ................................................................ 44 IV.6. Tecnología de transferencia con motor lineal (lmtt) .......................................... 45 Síntesis de la unidad ...................................................................................................... 49 UNIDAD V. EQUIPOS PARA PATIOS DE CONTENEDORES .......................................... 50 Objetivo de la unidad .................................................................................................... 50 V.1. Definición y clasificación......................................................................................... 50 V.2. Grúa de transferencia con neumáticos (rttc) ....................................................... 53 V.3. Grúa de transferencia montada sobre rieles (rmtc) ............................................. 55 V.4. Sistema de almacenamiento en altura (hss) ........................................................ 58 V.5. Funciones adicionales ............................................................................................ 61 Síntesis de la unidad ...................................................................................................... 64 UNIDAD VI. ESTUDIOS DE CASO DE TERMINALES DE CONTENEDORES AUTOMATIZADAS ......................................................................................................... 65 Objetivo de la unidad .................................................................................................... 65 VI.1. La bnct en el puerto nuevo de Busan, Corea del Sur ........................................... 65 VI.2. La cta en Hamburgo, Alemania ............................................................................ 68 VI.3. La ect de Rotterdam, Países Bajos ....................................................................... 70 VI.4. Análisis de los estudios de caso y consideraciones finales ................................. 73 Síntesis de la unidad ...................................................................................................... 75
Bibliografía .................................................................................................................... 76
Índice de gráficos Gráfico 2.1. Terminal de configuración horizontal ........................................................ 21 Gráfico 2.2. Terminal de configuración vertical ........................................................... 23 Gráfico 2.3. Terminal ECT Delta..................................................................................... 24 4
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Gráfico 2.4. Terminal Euromax .................................................................................... 24 Gráfico 3.1. Vista general de una grúa de contenedores ............................................. 27 Gráfico 3.2. Cambios en el tamaño de las grúas para contenedores .......................... 29 Gráfico 3.3. Sistema de carro sencillo........................................................................... 30 Gráfico 3.4. Sistema de carro doble .............................................................................. 31 Gráfico 3.5. Cambios en el método de control de las grúas para contenedores ....... 32 Gráfico 3.6. Sistema de posicionamiento del chasis .................................................... 33 Gráfico 3.7. Sistema de monitoreo de contenedores .................................................. 34 Gráfico 4.1. Tractor de patios ........................................................................................ 37 Gráfico 4.2. Carretilla pórtico y transporte en lanzadera ............................................ 38 Gráfico 4.3. Vista general de los AGV ........................................................................... 40 Gráfico 4.4. Método rejilla y reconocimiento de ubicación ........................................ 42 Gráfico 4.5. Sistema de gestión de AGV ....................................................................... 44 Gráfico 4.6. Vista completa de un ALV ......................................................................... 45 Gráfico 4.7. Vista completa de la terminal de prueba de ZPMC .................................. 46 Gráfico 4.8. Vista completa del LMTT .......................................................................... 47 Gráfico 5.1. Términos relacionados con el apilado de contenedores en un bloque de patio .................................................................................................... 51 Gráfico 5.2. Grúa de transferencia tipo Rahmen.......................................................... 52 Gráfico 5.3. Grúa de transferencia tipo Cantilever....................................................... 53 Gráfico 5.4. Ejemplo de RTTC........................................................................................ 53 Gráfico 5.5. e-RTTC tipo rollo de cable y tipo barra de bus ......................................... 54 Gráfico 5.6. Clasificación por asignación de grúa ........................................................ 56 Gráfico 5.7. Ejemplo de manipulación de contenedores de importaciones .............. 57 Gráfico 5.8. Grúa Crossover en la CTA, Alemania ........................................................ 58
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Gráfico 5.9. Sistema Computainer ................................................................................ 59 Gráfico 5.10. Sistema de bodegas de contenedores ultra-altas (UCW) ..................... 59 Gráfico 5.11. Ejemplo del SPSS ...................................................................................... 61 Gráfico 5.12. Ejemplo de ALS ......................................................................................... 62 Gráfico 5.13. Ejemplo de TPS ........................................................................................ 63 Gráfico 6.1. Configuración del patio de la BNCT .......................................................... 66 Gráfico 6.2. Proceso de operación de contenedores de la BNCT ............................... 67 Gráfico 6.3. Ruta de camiones externos para cada terminal ...................................... 68 Gráfico 6.4. Configuración del patio en la CTA ............................................................ 69 Gráfico 6.5. Configuración del patio en la ECT .............................................................. 71 Gráfico 6.6. Imagen de las tareas conjuntas (C/C y AGV) que se realizan entre las patas de la C/C ................................................................................................ 72 Gráfico 6.7. Planificación de la ruta de AGV en la ECT ................................................. 73
Índice de cuadros Cuadro 1.1. Cambios en el tamaño de los buques portacontenedores ........................ 12 Cuadro 1.2. Pedidos de buques de 18.000 TEU ............................................................. 12 Cuadro 1.3. Dimensiones de un buque de gran tamaño ............................................... 13 Cuadro 1.4. Comparación de la productividad de las terminales como resultado del al aumento del tamaño de los buques ....................................................................14 Cuadro 1.5. Ventajas y desventajas de los diferentes grados de automatización ....... 15 Cuadro 1.6. Cambios en la fuerza laboral según el grado de automatización de la terminal ................................................................................................................. 16 Cuadro 1.7. Comparación entre tipos diferentes de método de operación de las terminales de contenedores ............................................................................... 17
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Cuadro 2.1. Concepto básico y características de la configuración horizontal........... 22 Cuadro 4.1. Información técnica sobre los AGV ............................................................41 Cuadro 4.2. Información técnica sobre los LMTT ........................................................ 48 Cuadro 5.1. Ventajas del sistema UCW ......................................................................... 60 Cuadro 6.1. Comparación entre terminales de configuración vertical ....................... 74
Glosario de términos n AGV (vehículo guiado automatizado): Vehículo no tripulado que transporta
contenedores de manera automatizada dentro de la terminal de contenedores. n AMP (alimentación eléctrica en puerto): Dispositivo que abastece de elec-
tricidad a las embarcaciones desde tierra cuando estas se encuentran ancladas en el muelle. n ASC: Carretilla pórtico automatizada. n ATC: Grúa de transferencia automatizada. n Bloque de contenedores: Unidad de área que ocupan los contenedores. n C/C (grúa para contenedores): Grúa que transporta los contenedores entre
el buque y costado del muelle. n Carga/descarga: Acción de cargar/descargar contenedores hasta/desde el
equipo que los transporta en el patio. n Carro (trolley): Dispositivo que transporta un contenedor colgándolo de la
viga esparcidoa de una grúa. n CMS (sistema de monitoreo de grúas): Sistema con el cual se puede moni-
torear la situación operativa de la grúa y su condición en tiempo real.
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n Configuración horizontal: Disponer el bloque de contenedores de manera
horizontal con respecto al muelle. n Configuración vertical: Disponer el bloque de contenedores de manera ver-
tical con respecto al muelle. n CPS (sistema de posicionamiento de chasis): Sistema que identifica el chasis
y el contenedor. n Desplazamiento: Acción de transportar los contenedores en la dirección de
la conducción. n Grúa portacontenedores de carro sencillo: Grúa que consta de un solo ca-
rro. n Grúa portacontenedores de carro doble: Grúa que consta de dos carros. n Izada: Acción de elevar los contenedores. n Pluma o brazo: Estructura que puede ser izada ubicada en la parte frontal
de la grúa de contenedores, lo que es izada antes de la llegada o salida del buque. n RMTC (grúa de transferencia montada sobre rieles): Grúa que transfiere
contenedores dentro del bloque de contenedores desplazándose sobre un riel. n RTTC (grúa de transferencia con neumáticos): Grúa equipada con llantas de
caucho que transfiere contenedores dentro o entre bloques de contenedores. n S/C (carretilla pórtico): Dispositivo con patas que permiten sujetar los con-
tenedores para transferirlos. n Spreader: Dispositivo utilizado para levantar contenedores y cargamento
unificado.
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n Spreader doble: Spreader con el cual se pueden manipular dos contenedo-
res de 20 pies o uno de 40. n Spreader sencillo: Spreader con el cual se puede manipular un solo contene-
dor. n Spreader tándem: Combinación de dos spreaders dobles en ambos lados
que permite manipular cuatro contenedores de 20 pies o dos de 40. n T/C (grúa de transferencia): Grúa que sujeta los contenedores para transfe-
rirlos dentro del bloque. n Tractor de patios (Y/T): Vehículo que transporta contenedores dentro de
una terminal de contenedores. n Traslación: Acción de transportar los contenedores en dirección transver-
sal.
Presentación del módulo En este módulo se aborda el tema de la automatización de las terminales de contenedores, con lo cual se busca que los lectores entiendan en qué consiste este fenómeno. Este documento ayudará a los interesados a elegir los equipos de automatización apropiados para cada país, dependiendo del tamaño del puerto y del volumen de carga que allí se manipule. El módulo se divide en seis unidades. En la unidad I se introducen las principales tendencias mundiales en materia de automatización de puertos, mientras que en la unidad II se señalan las diferencias entre las configuraciones horizontal y vertical de las terminales de contenedores. En las unidades III, IV y V se describen los equipos automatizados que actualmente se usan en el mundo para manipular la carga en el costado del muelle, en la de transferencia a los patios y dentro de los patios mismos. Finalmente, en la unidad VI se presentan estudios de caso sobre terminales de contenedores automatizadas en Corea del Sur, los Países Bajos y Alemania. 9
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Objetivo general del módulo El principal objetivo de este módulo es presentar las tendencias en las terminales automatizadas más importantes del mundo y proporcionar algunas directrices para la introducción de instalaciones automatizadas en cada país, dependiendo del volumen de contenedores que cada uno manipule. Asimismo, se busca difundir conocimientos entre los participantes sobre las diferencias configuraciones de las terminales, y sobre las ventajas y desventajas de los equipos disponibles de manipulación en el costado del muelle, en el trayecto hacia los patios y dentro de estos últimos.
Preguntas orientadoras de aprendizaje n ¿Cuál es la razón principal para automatizar las terminales de contenedores? n ¿Cuál es la diferencia entre las configuraciones de las terminales de conte-
nedores con respecto a la automatización? n ¿Cuáles son las funciones clave del equipo de transporte para patios? n ¿Cuál es la condición fundamental para poder introducir un sistema de alma-
cenamiento de altura (HSS)? n ¿Cuáles son los elementos principales a considerar durante la operación de
los AGV? n ¿Cuál es la diferencia entre la CTA de Hamburgo y la ECT de Rotterdam?
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UNIDAD I TENDENCIAS EN EL ENTORNO PORTUARIO
Objetivo de la unidad El objetivo de la unidad es discutir las tendencias al aumento del tamaño de los buques y su impacto en el desarrollo de las terminales de contenedores en términos de su automatización para atender embarcaciones cada vez más grandes.
I.1. Tendencia al aumento de tamaño de las embarcaciones El aumento de tamaño de los buques se está convirtiendo en una tendencia mundial. Así, un buque que en 1974 tenía 2.400 TEU en 2020 alcanzará las 24.000 TEU, es decir, un aumento de más de 10 veces en un lapso de 45 años; entre tanto, la longitud del buque se multiplicó por dos y su capacidad de carga aumentó 1,5 veces.
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Cuadro 1.1. Cambios en el tamaño de los buques portacontenedores Año
TEU
Eslora [m]
Manga [m]
Calado [m]
Altura [H/D]
Aumento Eslora
Manga
1974
2.400
239
30,0
10,5
8/6
-
-
1981
3.600
267
32,3
12,5
8/6
12%
8%
1988
4.800
294
32,3
13,0
8/6
10%
0%
1995
6.600
318
42,9
14,5
9/6
8%
33%
2001
8.724
352
42,9
14,5
9/7
11%
0%
2006
15.500
397
56,5
16,0
11/9
13%
32%
2013
18.000
400
59,0
16,0
11/10
1%
4%
2020
24.000
456
63,9
16,0
12/11
14%
8%
En julio de 2013, el Maersk MC-Kinney Moller de 18.000 TEU fue el primer buque en entrar al puerto de Busan; su peso total alcanza las 165.000 toneladas, y tiene 399 m de largo y 59 m de ancho. De hecho, en 2017 se ordenaron 21 buques de 18.000 TEU y cinco de 21.413 TEU para la Orient Overseas Container Line (OOCL). Cuadro 1.2. Pedidos de buques de 18.000 TEU
Maersk
2013
2014
2015
4
9
7
2
3
COSCO Shipping MSC
2016
2017
2018
7
4 11
6
10
6
22 20
6 4
Total 31
4
Evergreen UASC
2019
5
2
11 6
OOCL
5
1
6
MOL
5
1
6
3
3
CMA CGM Total
4
11
20
12
12
21
26
11
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Los buques de más de 18.000 TEU tienen en promedio 400 m de largo en total (Eslora o LOA), 59 m de ancho en total (Manga o BOA) y 16m de calado. Cuadro 1.3. Dimensiones de un buque de gran tamaño LOA [m]
BOA [m]
Profundidad [m]
Calado [m]
Operador
21.413 TEU
399,9
58,8
32,5
16,0
OOCL
20.568 TEU
399,0
58,6
33,2
16,5
Maersk
20.170 TEU
400,0
58,8
32,8
16,0
MOL
19.870 TEU
400,0
58,6
30,6
16,0
UASC.
19.224 TEU
395,4
59,0
30,3
16,0
MSC
18.982 TEU
399,7
58,6
30,5
16,0
COSCO
18.340 TEU
399,2
59,0
30,3
16,0
Maersk
Debido al aumento del tamaño de los buques, el tiempo de operación y, en consecuencia, su costo por unidad de tiempo, están aumentando. Por ello, y con el fin de atraer a aquellas compañías navieras que operen buques de gran tamaño, es muy importante que las terminales introduzcan equipos altamente eficientes y productivos.
I.2. Tendencias en el tamaño y operación de las terminales de contenedores I.2.1. Cambios en la escala de las terminales de contenedores debido al aumento del tamaño de los buques Actualmente se requiere una mayor cantidad de equipos, dado que la longitud del muelle de la terminal de contenedores también aumentó como resultado del incremento del tamaño de las embarcaciones. En el cuadro 1.4 se observa que, comparada
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con los buques de 13.000 TEU, la productividad de los de 20.000TEU se redujo en un 12%, con equipos adicionales requeridos. Cuadro 1.4. Comparación de la productividad de las terminales como resultado del aumento de tamaño de los buques
Productividad
Atracadero [m]
Capacidad del patio [TEU]
C/C
T/C
13.000 TEU
-
-
-
-
-
18.000 TEU
-8%
+200
+6.043
+2
+4
20.000 TEU
-12%
+200
+8.464
+2
+5
Etc.
I.2.2. Cambios en el método de operación por automatización de las terminales Según el trazado del patio, las terminales de contenedores se pueden dividir en dos tipos: vertical y horizontal, según la disposición de los bloques en patios. Asimismo, dependiendo del área de operación, se dividen en aquellas en que las tareas se hacen del lado del muelle, las de transferencia y las de trabajo en el patio. Por último, dependiendo del método de operación, se dividen en terminales pasiva, semiautomatización y automatización total, y el método de operación se puede clasificar para cada área de operación. En el cuadro 1.5 se registran las ventajas y desventajas de los diferentes niveles de automatización de la terminal. En una terminal totalmente automatizada, el costo inicial de inversión se incrementa por la adquisición de equipos automatizados como los AGV, los ASC y los ATC; su productividad es baja y los costos de mantenimiento de los equipos son altos. Sin embargo, los costos de mano de obra se reducen debido a la automatización, mientras que el costo de operación también disminuye dado que la distancia de transferencia entre el patio y el buque es corta (en el caso de la configuración vertical). Más aún, no hay acceso de camiones externos al patio, lo cual evita accidentes.
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Por el contrario, en la terminal de contenedores tradicional el costo de la inversión inicial es bajo y la flexibilidad laboral es alta, lo cual permite que allí se realicen varias tareas. Sin embargo, su funcionamiento depende en buena medida de la mano de obra, de modo que los costos laborales son altos, mientras que el horario de trabajo impone limitaciones a la operación. Cuadro 1.5. Ventajas y desventajas de los diferentes grados de automatización Automatización total
Automatización parcial
Manual
Configuración del patio
Vertical
Horizontal/Vertical
Horizontal
Sistema de muelle
C/C
C/C
C/C
Sistema de transferencia
AGV, ASC
Y/T, S/C
Y/T
Sistema de patio
ATC
ATC
RMTC, RTTC
Entra al patio
X
O
O
Trabaja con el buque
X
O
O
Camión externo
Ventajas
Desventajas
- Menores costos laborales - Menor tiempo debido a la corta distancia de transferencia patio-buque - Pocos accidentes humanos debido a que no hay acceso al patio para camiones externos
- Menores costos labora- Bajo costo de inles en los equipos de paversión inicial tios - Respuesta rápida - Alta productividad deen situaciones de bido a corta distancia de emergencia transferencia con ATC
- Altos costos labo- Alto costo de inversión - Alto costo de inversión rales inicial inicial en comparación con - Baja productividad - Respuesta lenta en sitareas manuales debido a las limitatuaciones de emergen- Respuesta lenta en situa- ciones que impone cia ciones de emergencia el horario de tra- Alto costo de equipo - Alto costo de equipo bajo en el tiempo de mantenimiento y reM&R de operación del paración (M&R) patio
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En el cuadro 1.6 se presentan comparaciones entre el número de trabajadores requeridos dependiendo de los diferentes métodos de operación de la terminal de contenedores; esto bajo el supuesto de que las terminales manipulan contenedores de igual capacidad. Cuadro 1.6. Cambios en la fuerza laboral según el grado de automatización de la terminal Automatización parcial (Configuración horizontal)
Manual (Configuración horizontal) C/C T/C
Automatización parcial (Configuración vertical) 57
155
24
Y/T
300
S/C
-
ASC/AGV
21 63 162
60
Capataz
10 582
451
0
Guarda vías
Total
Automatización total (Configuración vertical)
373
211
Suponiendo que la terminal opera con 12 grúas para contenedores, se requiere un total de 582 personas en la de configuración horizontal tradicional, 451 personas en la de configuración horizontal parcialmente automatizada, 373 personas en la de configuración vertical parcialmente automatizada, y 211 personas en la de configuración vertical totalmente automatizada (cuadro 1.6). Esto indica que, bajo las condiciones descritas, solo se requiere el 36% de la mano de obra de la terminal tradicional.
I.2.3. Características de la operación de las terminales de contenedores En el cuadro 1.7 se muestran comparaciones entre terminales de contenedores que funcionan con métodos de operación automatizados y manuales en términos de pro-
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ductividad, eficiencia de la operación y costo de la mano de obra. En cuanto a la operación en sí, la terminal automatizada puede funcionar durarte 24 horas, por lo que la productividad puede mejorar continuamente dependiendo del nivel de automatización. Además, la eficiencia de la operación puede ser mayor, ya que la ubicación de los contenedores puede cambiar mediante la remanipulación automatizada de los contenedores en el patio. En cuanto a los costos laborales de la operación automatizada, un trabajador calificado puede operar 5-6 grúas en centrol de control, reduciendo el costo en un 84%. Cuadro 1.7. Comparación entre los distintos métodos de operación de las terminales de contenedores Operación manual
Productividad
Eficiencia de la operación
Costo de mano de obra
- No hay operación durante los tiempos de descanso de los conductores y/o durante el cambio de turno - Límites a la productividad: depende de la habilidad del conductor y de su grado de cansancio - Durante la remanipulación de la carga, esta se puede perder - Pueden cometerse errores dependiendo de las decisiones que tome el conductor - Mayores costos laborales debido a la necesidad de contar con varios operadores de grúas
Operación automatizada
- Operación a tiempo completo - Mejora sostenible dependiendo del grado de sofisticación del sistema - Durante la remanipulación, la ubicación de la carga puede cambiar automáticamente - Cuando ocurren accidentes, se pueden analizar su causa y el resultado - Cada operador puede controlar 5-6 grúas - Reducción de 84% en el costo de mano de obra para operadores de grúa (reducción de aproximadamente USD 4 millones por año)
I.2.4. Tendencias en las terminales de contenedores A. Puertos de bajo costo y alta eficiencia A medida que la cantidad de bienes transportados aumenta, resulta cada vez más difícil disponer de espacios -lo suficientemente amplios para realizar las tareas de lo-
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gística portuaria- y absorber los altos costos laborales. Se necesita, por un lado, resolver el problema de la disminución de la fuerza laboral a causa del envejecimiento de la población, y por el otro, maximizar el uso de superficies reducidas en aras de lograr una productividad elevada. Es así como, desde muy temprano, Europa procedió a desarrollar terminales de contenedores automatizadas que usan AGV en vez de Y/T -en las de configuración vertical--, lo cual presenta ventajas significativas para la automatización; en Asia, por su parte, las terminales parcialmente automatizadas utilizan Y/T, respondiendo a la configuración horizontal de las terminales tradicionales. Finalmente, en Busan, Corea del Sur, se inauguró en 2012 la Busan New Container Terminal (BNCT), la primera terminal parcialmente automatizada de configuración vertical donde se usan S/C (carretillas pórtico) en lugar de los tradicionales Y/T (tractores de patio). Este tema se desarrollará en más detalle en la unidad VI.
B. Puertos ecológicos A partir de la decisión de los puertos de Los Ángeles y Long Beach (LA-LB) en Estados Unidos de adoptar una política portuaria ecológica, muchos países del mundo están desarrollando puertos bajos en carbono o puertos limpios. Esto significa que están minimizando las emisiones de contaminantes mediante el uso eficiente de energía en el puerto. La utilización de gas licuado de petróleo (GLP) y de gas natural licuado (GNL) en lugar de combustibles fósiles para reducir las emisiones contaminantes, o el uso de energía eléctrica para evitar por completo la emisión de cualquier agente de polución, también son medidas que van en la misma dirección. Es más, con el programa de reducción de la velocidad de los buques, así como con el uso de combustible bajo en azufre y de la alimentación eléctrica en puerto (AMP por su sigla en inglés) de las embarcaciones que entran y salen, se puede minimizar la contaminación del aire en la zona. Urge entonces idear una manera eficiente de usar la energía, dado su consumo creciente en los puertos por el aumento del tamaño de las embarcaciones de carga.
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SÍNTESIS DE LA UNIDAD En esta unidad se ha discutido la tendencia al aumento del tamaño de los buques, así como la dirección que ha seguido el desarrollo de las terminales de contenedores en términos de su automatización para atender embarcaciones cada vez más grandes. Con el aumento del tamaño de los buques se busca reducir el costo de manipular contenedores individuales para pasar a manejarlos de manera simultánea; sin embargo, ello exige que el puerto tenga el tamaño y las instalaciones suficientes para acomodar estos cambios. Asimismo, si se quiere manejar más contenedores en un dado período de tiempo, el puerto debe aumentar su productividad y reducir los costos de la manipulación. En consecuencia, se requiere una operación más eficiente del puerto, y la automatización puede convertirse en una muy buena solución alternativa. No obstante, resulta fundamental introducir equipos automatizados más apropiados, mayor disponibilidad de instalaciones y superficies adecuadas considerando el tamaño de los buques que entran y salen de cada puerto, y el volumen de contenedores manipulados. Por último, el desarrollo de ecopuertos (o puertos ecológicos), así como el diseño de una política portuaria sensible al medio ambiente, son también medidas a considerar para afrontar las tendencias actuales aquí descritas.
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UNIDAD II
DISEÑO DE TERMINALES DE CONTENEDORES AUTOMATIZADOS
Objetivo de la unidad El objetivo de la unidad es se identificar las principales características de las terminales de configuración horizontal y vertical. Es así como, el patio de contenedores consta de numerosos bloques y, dependiendo de la ubicación de los bloques en el patio, se puede clasificar en horizontal o vertical según la configuración de la terminal.
II.1. Terminales de configuración horizontal En las terminales de configuración horizontal, los bloques del patio están ubicados paralelamente al buque, como se observa en el gráfico 2.1. En general, esta configuración es ampliamente utilizada en terminales de contenedores convencionales que permiten que los camiones internos y externos se desplacen por entre los bloques. El lugar donde cada camión puede parar se llama punto de transferencia o PT, y en las terminales de configuración horizontal muchos de estos puntos se construyen
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para que los camiones carguen/descarguen junto a la grúa de transferencia automatizada o ATC. Con este método se aprovecha plenamente el acceso rápido al bloque de contenedores. Gráfico 2.1. Terminal de configuración horizontal
Camión interno
Camión externo
La mayoría de las terminales de contenedores exhibe este tipo de configuración, cuya calificación es alta debido a su confiabilidad para la operación y su flexibilidad para responder a varias situaciones. Los espacios entre cada bloque para cargar/descargar contenedores son amplios, lo cual facilita la entrada de camiones externos y permite contar con un área de espera suficiente para los equipos de transferencia, aun cuando el trabajo esté concentrado en un bloque en particular. La asignación de una grúa de transferencia para cada bloque también simplifica la decisión sobre la ubicación de la carga y la manipulación de los contenedores.
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Sin embargo, teniendo en cuenta la naturaleza de la operación, la necesidad de disponer de espacio para la rotación y movimiento de los equipos de transferencia reduce relativamente el área de apilamiento. Asimismo, debido al aumento de la distancia de transferencia entre el muelle y el patio, y al cruce entre camiones externos y equipos de transferencia internos, así como al volumen de tráfico que esto conlleva, existen dificultades para automatizar los equipos de transferencia interna. En una terminal de contenedores convencional, incluyendo la de Corea del Sur y otras de distintas partes del mundo, es común usar una configuración horizontal. Allí la manipulación se hace con tractores de patio (Y/T) y grúas de transferencia montadas sobre neumáticos (RTTC) o sobre rieles (RMTC). TMP en el Reino Unido, PPT en Singapur e HIT en Hong Kong adoptaron una configuración horizontal. Estas terminales son parcialmente automatizadas y utilizan grúas de patio automatizadas para su operación. Cuadro 2.1. Concepto básico y características de la configuración horizontal Características Concepto
Ejemplos Ventajas
Configuración horizontal
- Estructura donde el muelle está ubicado de forma horizontal frente al bloque del patio
- Amplio acceso del equipo de transferencia a cada bahía para cargar/descargar de manera expedita - Alta flexibilidad para la operación
Desventajas - Menos espacio en el - Predomina en la patio debido a la nece- mayoría de las sidad de asignar un terminales de área suficiente para la contenedores del rotación y las maniomundo (entre bras de los equipos de ellas TMP, PPT, transferencia etc.).
II.2. Terminales de configuración vertical A diferencia de las terminales de configuración horizontal, las de configuración vertical está dotadas de puntos de transferencia (PT) en los dos extremos del bloque, permitiendo que los AGV se detengan en el extremo del lado del mar y que los camiones lo hagan en el extremo en el lado de tierra firme.
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Debido a la facilidad de operación de los AGV, su ruta en las terminales de configuración vertical es corta y simple, aunque la distancia relativa del trayecto de las grúas de transferencia (T/C) es larga porque estas tienen que desplazarse entre puntos de transferencia localizados en los dos extremos. Las terminales de configuración vertical se pueden dividir entre terminales de contenedores totalmente automatizadas y las parcialmente automatizadas. Las primeras usan AGV o ATC. La Euromax Container Terminal (ECT) en los Países Bajos, la CTA en Alemania, la Gateway en Bélgica y la terminal ECT Delta en los Países Bajos son todas terminales de contenedores totalmente automatizadas. Gráfico 2.2. Terminal de configuración vertical
Pt del lado del mar
PT de lado de tierra firme Camión externo
Además de las terminales europeas arriba mencionadas, la BNCT del nuevo puerto de Busan --una terminal de contenedores parcialmente automatizada--, fue la primera en
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Corea del Sur en introducir, desde enero de 2012, una configuración vertical. En Estados Unidos, la A.P Moller Terminal (APMT) también usa una configuración vertical e introdujo para la operación de transferencia carretillas pórtico (S/C) en lugar de AGV; entre tanto, otros puertos como el CTB en Alemania y el Kalifa en los Emiratos Árabe Unidos (EAU) también operan con terminales de contenedores de configuración vertical. En el gráfico 2.3 se muestra el método de operación de la terminal ECT Delta, que en 1993 introdujo por primera vez en el mundo los AGV. Gráfico 2.3. Terminal ECT Delta
En cada bloque opera una ATC, y aunque los AGV son eficientes en la medida en que garantizan espacio suficiente entre las patas de la grúa de transferencia en el patio durante el trabajo, una ruta fija de conducción de los mismos lo hace ineficiente para la operación. Por su parte, Euromax usa dos ATC, lo cual permite aumentar la eficiencia en la operación del patio. Gráfico 2.4. Terminal Euromax
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SÍNTESIS DE LA UNIDAD En esta unidad se han identificado las principales características de las terminales de configuración horizontal y vertical, y se ha descrito la manera en que se lleva a cabo la automatización de la terminal de contenedores en cada caso. En la mayoría de terminales de contenedores se usa la configuración horizontal. Cada uno de los equipos de transferencia puede mover el contenedor a varios puntos de transferencia (PT) dentro del bloque, aumentando la productividad de la grúa de trasferencia (T/C) en cada uno de ellos. Sin embargo, surgen varios inconvenientes: el uso del espacio es ineficiente, pues se requiere un área amplia para que los equipos maniobren, y hay dificultades para la automatización debido al tráfico y al cruce de camiones internos o externos en la vía. La terminal vertical, que se originó en Europa y que se encuentra en otros puertos avanzados, dispone el bloque de contenedores en sentido vertical al muelle. Asimismo separa los espacios de trabajo, ya que cada extremo del bloque tiene PT. Así por ejemplo, el equipo de transferencia interna trabaja con T/C en el PT próximo al muelle, mientras que el camión externo trabaja en el TP cercano a la puerta de acceso. Por esta razón, este método ha sido adoptado ampliamente en terminales de contenedores automatizadas, pues cada espacio de trabajo puede ser fácilmente automatizado. Por lo tanto, la configuración que se adopte para la forma de circular de la ruta de transferencia entre el muelle y el patio utilizando AGV y ASC facilita la automatización.
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UNIDAD III EQUIPO DE MANIPULACIÓN DE CONTENEDORES DEL LADO DEL MUELLE
Objetivo de la unidad El objetivo de la unidad es describir las tendencias, la operación y las funciones principales de las grúas para contenedores que operan en el muelle; asimismo presentar los métodos básicos para automatizar las grúas para contenedores en una terminal de carga contenerizada. Las grúas para contenedores, especialmente diseñadas para su carga y descarga, se desplazan sobre un riel construido sobre la plataforma del muelle (delantal), se valen de un sistema de carrete de cables de acero que se enrollan para levantar y bajar el contenedor; asimismo usan un spreader que opera mediante un mecanismo hidráulico para sostener/liberar el contenedor. A continuación, se describen los principales movimientos.
A. Definición del movimiento 1) Izada o elevación: Movimiento que levanta o baja los contenedores desde el buque; se debe tener en cuenta el peso del contenedor. 26
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2) Traslación: Movimiento con el que se trasladan los contenedores en dirección transversal por el patio. 3) Desplazamiento: Movimiento a través del cual la grúa de contenedores se desplaza sobre un riel para trabajar en otra bahía del buque. Gráfico 3.1. Vista general de una grúa para contenedores
III.1. Funciones principales de las grúas para contenedores A. Desplazamiento Las grúas para contenedores tienen cuatro dispositivos de desplazamiento (accionador): dos de ellos se encuentran en la columna del lado agua y dos en la columna del lado tierra firme. Para poder trasladar la grúa, cada accionador consta de 6 a 8 ruedas, todos fijos a las patas de la grúa y son controlados desde la cabina. Dependiendo de
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la dirección de rotación de los motores adheridos a cada accionador, la grúa puede moverse hacia adelante o hacia atrás.
B. Izada o elevación El dispositivo de izada sirve para levantar/bajar los contenedores, lo cual se hace mediante la rotación hacia adelante y en reversa del motor principal de izada, seguido por la rotación del carrete con cable metálico.
C. Traslación La unidad de traslación mueve el carro (trolley) hacia adelante o hacia atrás enrollando y desenrollando el cable de acero en el tambor instalado en la máquina interna, mediante la rotación hacia delante y hacia atrás del motor.
D. Izada de la pluma El dispositivo de izada de la pluma se encuentra dentro de la máquina; la sube y la baja enrollando y desenrollando un cable de acero.
E. Amarre Este dispositivo sostiene la grúa durante las tormentas para evitar que se caiga al piso. El dispositivo amarra cada pata de la grúa con una base que se encuentra fijada a la superficie.
E. Carro (trolley) Dispositivo que se mueve mediante la rotación del motor principal sobre un riel transversal instalado en la pluma de la grúa, soportada por más de cuatro ruedas.
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F. Dispositivo utilizado para levantar contenedores y cargamento unificado (Spreader) La grúa para contenedores está equipada con un spreader telescópico que se extiende hasta 20, 40 y 45 pies. Este spreader permite la carga y descarga de contenedores por tamaño, y consta de un marco fijo, un marco telescópico y un bloqueo giratorio. n Spreader sencillo: Solo puede manipular un contenedor. n Spreader doble: Puede manipular dos contenedores de 20 pies o uno de 40. n Spreader tipo tándem: Combina dos spreaders dobles en ambos lados; per-
mite manipular cuatro contenedores de 20 pies o dos de 40.
III.2. Cambios en el tamaño de las grúas para contenedores debido al aumento del tamaño de los buques Gráfico 3.2. Cambios en el tamaño de las grúas para contenedores
2013 Triple-E
70m
18,000 TEU
2002 Clase-E
62m
15,500 TEU
1995 Clase-S
57m
8,300 TEU 49m
1970 Panamax 37m 3,700 TEU
43m
46m
25m
10m
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14m
17m 17m
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Antiguamente, para trabajar con un buque Panamax de 3.700 TEU se requería una grúa con una altura de 25m y una extensión de aproximadamente 37m; sin embargo, a medida que el tamaño de los buques ha seguido aumentando hasta alcanzar el Triple-E de 18.000 TEU, la altura y la extensión de la grúa para contenedores han llegado a 49 y 70m respectivamente. Esto muestra que para trabajar con buques de mayor tamaño ha sido necesario aumentar paralelamente las dimensiones de las grúas.
III.3. Métodos de manipulación de contenedores según los diferentes tipos de carro III.3.1. Sistema de trolley único Método mediante el cual los contenedores que están siendo cargados/descargados del buque se pueden transportar hasta el Y/T o el AGV usando un trolley o carro. El método de trolley único, usado por muchos años, toma mucho tiempo debido a que solo es posible trasladar del buque al muelle un solo contenedor a la vez. Gráfico 3.3. Sistema de carro sencillo Trolley único
Trolley
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III.3.2. Sistema de doble trolley La necesidad de aumentar la productividad de las grúas para contenedores con el fin de responder a la demanda, así como la tendencia a la automatización, dieron lugar al surgimiento del sistema doble trolley. Las grúas dotadas de este sistema disponen de una plataforma a modo de andamio con espacio para dos contenedores que permite que un movimiento completo desde el barco al muelle sea efectuado en dos fases: cuando el primer carro transporta el contenedor a la plataforma, el segundo carro lo traslada en la plataforma hasta el Y/T o el AGV. Gráfico 3.4. Sistema de doble trolley Doble trolley
Primer trolley
Buffer
Segundo trolley
El primer carro se vale del spreader para sostener y mover el contenedor por una distancia determinada, y después el sistema automatizado trasporta el contenedor a la plataforma; entre tanto, el segundo carro se vale de un sistema automatizado para realizar todas las tareas. Además, se proporciona una solución de transición en la plataforma para un trabajo flexible, y es posible separar o conectar automáticamente el cono en el contenedor.
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III.4. Sistemas adicionales para la manipulación de contenedores En este apartado se tratarán los siguientes sistemas relacionados con la manipulación de la carga: el sistema de control remoto, el sistema de posicionamiento del chasis y el sistema de monitoreo de grúas.
A. Sistema de control remoto Con la tecnología más tradicional, los operadores que se encuentran en la cabina instalada en la pluma de la grúa para contenedores trabajan constantemente mientras el carro se mueve, lo cual puede aumentar su fatiga dado que tienen que mirar hacia abajo todo el tiempo. Lo anterior hace que se reduzca la productividad y además puede causar accidentes. Durante los últimos años, el avance de la tecnología de automatización de vehículos ha tenido una influencia marcada en el desarrollo de los sistemas de control remoto no tripulados para las grúas de contenedores. Cuando los trabajadores no están en la cabina, es posible manejar por control remoto algunas acciones de las tareas desde el cuarto de control. Gráfico 3.5. Cambios en el método de control de las grúas para contenedores
Fuente: Maersk Web Site.
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En otras palabras, este método es particularmente útil en la operación de grúas para contenedores de carro doble: primero, el operador levanta el contenedor hasta cierta distancia usando el spreader, controlando el sistema de operación remota desde el cuarto de control; segundo, después de haber recorrido cierta distancia, el contenedor se traslada de manera automatizada al muelle para llevar a cabo las tareas.
B. Sistema de posicionamiento del chasis (CPS) El CPS es un sistema en el que la grúa para contenedores opera en el área del muelle, el cual se distingue por su modo de operación; por ejemplo, existe un método para operar dentro de las patas de la grúa y otro para operar en la parte posterior. Los dos métodos difieren en la configuración de los dispositivos para transferir los contenedores en la terminal. En primer lugar, cuando se realiza la carga y descarga dentro de las patas de la grúa, es necesario posicionar el chasis del Y/T en la ubicación exacta, y verificar la seguridad del vehículo mientras se levanta el contenedor. El sistema CPS emplea un escáner laser para identificar el chasis y el contenedor, y levanta el contenedor de forma segura comprobando el estado de elevación del contenedor con la cámara y el sensor de imagen. Gráfico 3.6. Sistema de posicionamiento de chasis
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C. Sistema de monitoreo de grúas El monitoreo de cada una de las funciones del trabajo de la grúa se debe hacer en tiempo real para detectar las fallas que se puedan presentar. En caso de que surjan problemas de funcionamiento, será necesario prender la alarma e informar a los trabajadores. De lo anterior se desprende que, si el responsable está monitoreando el estatus del trabajo en tiempo real, se podrán solventar rápidamente las situaciones problemáticas. En el gráfico 3.7 se muestra el monitoreo del enrollado del cable. Gráfico 3.7. Sistema de monitoreo de contenedores
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SÍNTESIS DE LA UNIDAD En esta unidad se han descrito la operación y las funciones principales de las grúas para contenedores; asimismo se han discutido temas como el aumento del tamaño de las grúas, los métodos de manipulación de contenedores y los métodos básicos para automatizar las grúas para contenedores en una terminal de carga contenerizada. En esta sección también se ha visto que, detrás del aumento del tamaño y la automatización de las grúas de contenedores, está el incremento de las dimensiones de los buques portacontenedores. De allí la necesidad de elevar la productividad y completar las tareas de carga/descarga dentro del tiempo de atraque del buque. Asimismo, cuando se trata de aumentar la productividad de las grúas para contenedores, la automatización puede ser parcial o general. Aquí conviene adoptar el método de carro doble. En el contexto de los esfuerzos de automatización, también resulta clave adquirir conocimientos básicos adicionales sobre CPS, CMS, etc.
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UNIDAD IV
EQUIPOS PARA LA TRANSFERENCIA DE CONTENEDORES
Objetivo de la unidad El objetivo de la unidad es describir las características de cada uno de los equipos de transferencia de contenedores entre el muelle y el patio, especialmente los Y/T, las S/C y los AGV.
IV.1. Definición Las definiciones que se presentan a continuación permiten introducir varias de las funciones de los equipos de transferencia de contenedores. 1) Recepción: Acción de recibir un contenedor que desciende a través de otro dispositivo 2) Recoger/dejar: Acción de recoger un contenedor del piso y de depositarlo allí. 3) Apilamiento: Acción de poner un contenedor encima de otros contenedores en una pila. 4) Transferencia: Acción de mover contenedores de un punto a otro
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IV.2. Tractores de patios (Y/T) El tractor de patios (Y/T) es un equipo manual para transferir contenedores dentro de la terminal. Usualmente recibe un contenedor del muelle, luego lo acarrea hasta un bloque particular del patio, adonde aguarda a que una grúa de transferencia (Y/T) específica lo baje. Sus funciones principales son las de recepción y transferencia. Gráfico 4.1. Tractor de patios
El Y/T con control manual se usa con más frecuencia en terminales de configuración horizontal; además, se requiere una cantidad relativamente grande de Y/T, dado que tienen que trasladar contenedores a puntos de transferencia (PT) en cada bloque. Debido a las funciones que desempeña, el Y/T debe esperar hasta que el equipo cargue/descargue esté en posición de entregar o retirar un contenedor, a veces se puede evidenciar las diferencias de productividad entre los subsistemas de equipos como resultado del plan de operación de la terminal de contenedores.
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IV.3. Carretillas pórtico/Shuttle Carriers (S/C) Se trata de dos tipos de S/C que cumplen las mismas funciones, aunque se les denomina carretilla pórtico o shuttle carrier dependiendo del número de niveles en que pueden apilar. Gráfico 4.2. Carretilla pórtico (izquierda) y shuttle carrier (derecha)
En general, las S/C sostienen los contenedores (usando el spreader doble) entre las patas durante la transferencia, y realizan muchas otras funciones como recoger/dejar, apilar y transferir. De hecho, realizan más funciones que los Y/T.
A. Carretillas pórtico Las carretillas pórtico se usaron en las primeras terminales de contenedores sin necesidad de otros equipos de patio, dado que pueden recoger contenedores en el área
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del muelle y apilarlos en el patio hasta en cuatro hileras (Los términos hilera y nivel se abordarán nuevamente en la unidad V). Sin embargo, la necesidad de conducir entre cada fila surgió cuando los contenedores empezaron a apilarse en una fila, lo que resultó en una tasa de capacidad de almacenamiento de patio significativamente baja. En consecuencia, la tasa de capacidad de almacenamiento en el patio debió incrementarse a medida que aumentó la cantidad de carga, por lo que los contenedores comenzaron a apilarse según unidades llamadas bloques. . En los últimos años, la demanda de S/C ha sido menor que la de Y/T en las terminales de configuración horizontal, dado que las primeras requieren mucho espacio para desplazarse.
B. Shuttle carriers Las carretillas pórtico tienen una capacidad de apilamiento hasta para cuatro niveles, mientras que los shuttle carriers solo llegan a dos; eso quiere decir que, aunque las dos cumplen la misma función, este último alcanza una menor altura de apilado. Los shuttle carriers se utilizan ampliamente en las terminales de contenedores automatizadas de configuración vertical o como equipo de transferencia desde la puerta de acceso de la terminal hasta el patio. Su ventaja principal frente a otros equipos es que pueden trabajar de manera independiente, sin depender de las C/C y de las T/C, por lo cual se elimina el tiempo de espera. Esto último puede aumentar la eficiencia operativa de la terminal vis a vis los Y/T, además de que puede reducir el costo de la mano de obra por la vía de la automatización. Sin embargo, el costo de traer nuevos equipos es alto, además de que los shuttle carriers no son apropiados para las terminales de configuración horizontal.
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IV.4. Vehículos de guiado automatizado (AVG) En un principio, estos vehículos se usaban pasa transferir carga usando rutas designadas en las fábricas. Pero en 1993 la ECT en Rotterdam los utilizó por primera vez para transferir contenedores.
A. Información técnica sobre los AGV Dado que las estructuras de las partes delantera y trasera son idénticas, los AGV se pueden conducir hacia adelante o en reversa. El peso muerto de un AGV es 25 toneladas, y puede cargar un máximo de 60 toneladas de contenedores; su velocidad máxima de desplazamiento es de 6m/seg en línea recta y de 3m/s en las curvas. La precisión de la posición de un AGV es ±3cm. Sus funciones principales son recepción y transferencia, es decir, las mismas que las de los Y/T. Gráfico 4.3. Vista general de los AGV
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Cuadro 4.1. Información técnica sobre los AGV Contenedores
40 pies
Contenedores (simétricos o asimétricos)
20 pies
Contenedores
2x20 pies
Contenedores como opción
30 pies y 45 pies
Peso máximo de un contenedor sencillo
40t
Peso máximo de contenedores de 2x20 pies
60t
Largo (dependiendo del tamaño del parachoques)
14,8m
Ancho
3,0m
Altura del área de carga
1,7m
Peso muerto del AGV
25t
Tamaño de las ruedas
18,00 R 25
Velocidad máxima hacia adelante/reversa
6m/s
Velocidad máxima en curvas
3m/s
Desplazamiento tipo lateral
1m/s
Tipos de carga
Pesos de carga
Dimensiones (aproximadas)
Velocidad
Precisión del posicionamiento Frenado
+/- 3cm Distancia máxima a velocidad máxima (controlado) Distancia de frenada para una parada de emergencia con carga de 60t (dependiendo de la situación)
Capacidad del tanque de combustible
8m < 6m 1.200L
B. Funcionamiento de los AGV Para que los AGV puedan desplazarse de manera segura a lo largo de la ruta designada para transferir los contenedores en una terminal automatizada, deben contar con las siguientes características.
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1) Tracción en las cuatro ruedas (4WD): Los AGV tienen cuatro ruedas y cada una de ellas se operan independientemente. Asimismo, cuenta con un dispositivo antideslizante, el cual funciona incluso en caso de lluvia. 2) Dirección en las cuatro ruedas (4WS): Las cuatro ruedas de los AGV pueden conducirse de manera independiente, de modo que, si los ángulos de dirección de las ruedas laterales delanteras y traseras están igualados, se puede cambiar de carril con facilidad, en tanto que, durante el giro, al girar el ángulo de las ruedas laterales delantera y trasera en ángulos opuestos entre sí, se puede reducir el radio de rotación. 3) Reconocimiento de ubicación de AGV: Con el fin de poder determinar la ubicación exacta de los AGV, se selecciona el método de rejilla. Este consiste en enterrar transpondedores a intervalos regulares en la superficie de desplazamiento, de manera que se pueda identificar la ubicación del AGV tan pronto como pase por encima del transpondedor. Por esta razón, incluso si se presenta un error de localización entre transpondedores causado por el deslizamiento de las ruedas, cuando el AGV pase por encima de un transpondedor particular, el sistema reconocerá sus coordenadas exactas. Gráfico 4.4. Método Rejilla (izquierda) y reconocimiento de ubicación (derecha)
Controlador
Detector de obstáculos
Transpondedores
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4) Detección de obstáculos: En cada uno de los dos extremos del AGV se fijan un sensor y un amortiguador que permitan la detección de obstáculos. En el sensor de detección de obstáculos, el láser y el ultrasonido permiten detectar los mismos antes del contacto en la parte delantera del AGV. El amortiguador para la detección de obstáculos permite que el AGV se detenga completamente cuando cualquier elemento entre en contacto físico con su parte delantera. 5) Comunicación: El AGV recibe una orden de trabajo desde el centro de control a través de comunicación inalámbrica, y responde reportando el estatus del vehículo nuevamente al centro de control.
C. Gestión de los AGV En una terminal automatizada, el primer paso en la operación de los AGV consiste en planificar las tareas a cumplir. En ese momento se toma la decisión sobre qué contenedores van y a dónde, y cómo se transfieren. En segundo lugar se toma la decisión de la ruta a emplear para transferir cada contenedor en particular, la cual es determinada en la planificación del trabajo de rutas. En tercer lugar, la información acerca de la selección de la ruta se les comunica a los AGV. Luego, el AGV al que se le comunicó, recibe información sobre la ubicación de la operación y realiza el control de movimiento para moverse a la dicha ubicación dentro del tiempo de operación. El AGV utiliza el sistema de navegación para moverse a la ubicación exacta y detectar obstáculos en el entorno. Durante el movimiento, la condición de funcionamiento del AGV se verifica en tiempo real y se informa al centro de control a través del sistema de comunicación. Todas las órdenes de trabajo para todos los AGV se transmiten desde el centro de control, y desde allí se gestiona el flujo de tráfico después de determinar el estado de la operación mediante monitoreo en tiempo real.
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Gráfico 4.5. Sistema de gestión de AGV • Planificación de tareas
• Control de movimiento
• Selección de rutas
• Navegación
• Comunicación • Gestión de tráfico • Interfases de usuarios • Seguridad
• Detección de obstáculos • Monitoreo del estado
Control central
de la operación • Comunicación
• Configuración • Productividad
D. Beneficios potenciales de los AGV A continuación, se listan los beneficios potenciales del uso de AGV en cada terminal: n Reducción de costos laborales y de operación; n ciclos más cortos; n más confiabilidad y mayor productividad n operación confiable y más efectiva durante las 24 horas del día independien-
temente del estado del clima, y n mayor seguridad.
Sin embargo, dado que los AGV y los Y/T desempeñan funciones idénticas, ambos deben esperar por aquellas tareas que realizan en cadena con las C/C y las TC.
IV.5. Vehículos de carga automatizada (ALV) En vista de las limitaciones de los AGV (solo realizan funciones de recibir/ transferir y por tanto deben esperar por las C/C y las C/T), y como resultado de la construcción de una nueva terminal de contenedores automatizada, Corea del Sur lanzó en 2003 el concepto de vehículo de carga automatizado o AVL (por su sigla en inglés).
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El ALV se diseña con la idea de eliminar la desventaja principal de los AGV, a saber, el tiempo de espera. Las funciones principales de este nuevo ALV son las de recibir, recoger/dejar y transferir. De este modo, la función de recoger/dejar que desempeñan las S/C queda ahora incorporada en los ALV. Gráfico 4.6. Vista completa de un ALV
Aunque con los ALV se logra eliminar el tiempo de espera por las grúas, dado que aquellos también recogen/dejan los contenedores, son asimismo vehículos de gran tamaño cuyos costos de adquisición y mantenimiento resultan onerosos, es decir, presentan los mismos problemas que las carretillas pórtico o S/C. Asimismo, los ALV no se prestan con facilidad para operar en las terminales de configuración horizontal debido a que la vía por la que se desplazan debe ser muy ancha. Igualmente, tienen algunas limitaciones para desempeñarse en las terminales de configuración vertical, ya que no cuentan con la capacidad de realizar tareas de apilamiento.
IV.6. Tecnología de transferencia con motor lineal (LMTT) Con el propósito de construir una terminal automatizada ecológica, la Zhenhua Port Machine Y/Gr Co. Ltd. (ZPMC) de China construyó y desarrolló en la isla de Changxiang un patio de contenedores, como banco de prueba en gran escala para ensayar un sistema de carga de alta eficiencia.
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Gráfico 4.7. Vista completa de la terminal de prueba de ZPMC Vista aérea simulada del área del patio
Fuente: Folleto de ZPMC. 2. Del carro a la grúa-v: recepción directa sin almacenamiento temporal
1. De la grúa de muelle al carro: recepción directa sin almacenamiento temporal
3. De la grúa-v al carro: recepción directa sin almacenamiento temporal
4.Del carro al YG: recepción directa sin almacenamiento temporal
Fuente:http://kat-logics.com/software-solutions/isl-chesscon/how-to-avoid-checkmate/
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En la imagen del patio de prueba que se observa el gráfico 4.7, la transferencia de contenedores entre el muelle y el patio se hace por medio de lanzaderas (shuttles). Eso quiere decir que, con el uso de una fuente de energía ecológica como es la electricidad eólica/solar/etc. para todo el suministro de energía de la terminal, se puede resolver el problema de contaminación del aire y reducir el costo de la energía. Por su parte, Noell Ltd. ha desarrollado un vehículo de transferencia con motor lineal (LMTT por su sigla en inglés) para usarlo en el puerto Eurokai de Hamburgo en Alemania. Se trata de un shuttle diseñado para hacer movimientos verticales y horizontales sobre un riel con estructura de rejilla. Aunque el shuttle automatizado conducido por un motor lineal tiene la misma función del AGV, usa un método de desplazamiento por una ruta fija sobre un riel. La tecnología de motor lineal, que funciona a base de electricidad, se caracteriza especialmente por su alta precisión y confiabilidad en términos de posicionamiento, además de que se constituye en un método ecológico no contaminante, comparado con los camiones o los AGV, cuyos motores funcionan con diésel. Gráfico 4.8. Vista completa del LMTT
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La velocidad de un LMTT es de 3m/s, similar a la velocidad de giro del AGV, aunque su precisión de posicionamiento es 3mm, en lo cual lo supera. Cuadro 4.2. Información técnica sobre los LMTT Durante la descarga (48 ton)
Durante la descarga
3 m/s
3 m/s
Desplazamiento
0,35 m/s2
0,60 m/s2
Traslación
0,25 m/s2
0,60 m/s2
Velocidad (desplazamiento/traslación)
Aceleración
Precisión de posicionamiento
3 mm
Tiempo de posicionamiento y giro de la rueda
10 sec
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SÍNTESIS DE LA UNIDAD En esta unidad se han identificado y descrito las características de cada uno de los equipos de transferencia de contenedores entre el muelle y el patio, especialmente los Y/T, las S/C y los AGV que se usan hoy en día, y se han introducido nuevos conceptos para las labores de transferencia como los ALV y los LMTT. Dado que solamente desempeñan funciones de recepción y transferencia, los Y/T --usados en terminales de configuración horizontal-- y los AGV --usados en terminales de configuración vertical– dependen de otros equipos para las otras tareas y por ello generan tiempos de espera. En cambio, las S/C --usadas en terminales de configuración vertical– no tienen que esperar, aunque sus costos de adquisición y mantenimiento resultan onerosos. Por esta razón, es importante seleccionar equipos apropiados con base en la configuración, el método del trabajo y sus enlaces, y la operación de cada terminal de contenedores. Aunque los ALV se desarrollaron para superar los problemas de los AGV, tienen las mismas desventajas de costos de las S/C. Por último, la tecnología LMTT --incorporada en algunas terminales-- es apropiada cuando se trata de diseñar una la política portuaria ecológica, pero exige una inversión enorme.
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UNIDAD V EQUIPOS PARA PATIOS DE CONTENEDORES
Objetivo de la unidad El objetivo de la unidad es describir la manera en que se apilan los contenedores en el patio de una terminal, y cómo los transfieren las grúas. Los métodos de apilamiento se pueden dividir en dos: apilamiento en bloque, de uso general en las terminales, y apilamiento de altura, método que es tratado solo recientemente en la teoría.
V.1. Definición y clasificación V.1.1. Definición Para comenzar, a continuación, se definen los términos usados para el apilamiento de contenedores en un bloque del patio. 1) Hilera: Número de contenedores que son apilados en los bloques del patio en dirección lateral. 2) Nivel: Número de contenedores que son apilados verticalmente
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3) Bahía: Número de contenedores que son apilados en un bloque del patio en dirección longitudinal Gráfico 5.1. Términos relacionados con el apilado de contenedores en un bloque de patio
Bahía
3 niveles 1 hilera
Nivel Hilera
Dependiendo de la estructura y de la productividad de los bloques (es decir, de la velocidad de transferencia de los contenedores en el patio), en cada tipo de bloque mencionado arriba se emplearán equipos diferentes. Por ejemplo, la carretilla pórtico (S/C) descrita en la unidad IV se puede utilizar para apilar contenedores en un bloque de tres niveles y una hilera como el que se observa en el panel de la izquierda del gráfico 5.1, mientras que para el bloque de cinco niveles y seis hileras (derecha) lo apropiado es usar una grúa de transferencia (T/C). La grúa de transferencia --especialmente diseñada para apilar contenedores en un bloque del patio-- puede realizar funciones de desplazamiento, izada y traslación; para las tareas de recoger y ubicar los contenedores se usa un spreader (sencillo, doble o en tándem), como se indicó en la unidad III. Dependiendo del método de desplazamiento, la grúa de transferencia puede estar montada sobre neumáticos (RTTC por su sigla en inglés) o sobre rieles (RMTC por su sigla en inglés). Aunque las RTTC y las RMTC son estructuralmente idénticas, existen diferencias en el método de desplazamiento, de operación y de suministro de energía. 51
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V.1.2. Clasificación por estructura Dependiendo de la estructura, las T/C se pueden ser de tipo Rahmen o Cantilever, cada una de las cuales opera en distintas áreas y con métodos diferentes.
A. Grúas tipo Rahmen Las T/C tipo Rahmen tienen una estructura en forma de caja; la ruta de desplazamiento del vehículo de transporte se ubica a un costado interior de las patas de la T/C y va en una sola dirección. Es más ventajoso el tramo corto de traslación transversal en el Rahmen tipo T/C, con menor luz de carga (limitado al espacio entre patas). El T/C tipo Rahmen es usado más en las RTTC en comparación con la de tipo Voladizo. Gráfico 5.2. Grúa de transferencia tipo Rahmen
B. Grúa de transferencia tipo Cantilever La T/C tipo Cantilever tiene alas que salen de cada lado de la grúa; sus vehículos de transporte de contenedores están ubicados debajo de las alas, de manera que la operación ocurre a ambos costados. Dependiendo del método de operación, un lado opera con un camión interno y el otro lado con un camión externo que usa el método de RMTC, ampliamente adoptado en terminales automatizadas horizontales. La T/C tipo Cantilever tiene un alcance relativamente alto, y se usa en bloques de 5 niveles y 52
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20 hileras, con lo cual se logra una operación más rápida en comparación con la tipo Rahmen, aun cuando es pesada. Gráfico 5.3. Grúa de transferencia tipo Cantilever
Fuente: https www.utoc.co.jp/english/business/device/ (derecha)
V.2. Grúa de transferencia con neumáticos (RTTC) V.2.1. RTTC La RTTC es una grúa de transferencia equipada con ruedas con neumáticos de caucho, cuyo desplazamiento está impulsado por la electricidad producida por un generador con motor diésel. No obstante, debido a que la rotación es ligeramente fluctuante en el motor diésel, el voltaje de la electricidad producida por el generador no es constante; por lo tanto, el regulador de voltaje automático garantiza un suministro de voltaje constante. Además, la RTTC sufre daños con mayor frecuencia que otras grúas como resultado de la salinidad y de la humedad del aire en la terminal. Gráfico 5.4. Ejemplo de RTTC
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Más aún, dado que está equipada con su propio motor diésel, la RTTC es una grúa independiente que se usaba con frecuencia en las primeras terminales donde la alta productividad no era una exigencia, pues se puede mover entre bloques.
V.2.2. e-RTTC (RTTC eléctrica) En los últimos tiempos, debido a la contaminación del aire causada por el uso de combustibles fósiles, y a los esfuerzos por reducir el uso de la energía, la construcción de puertos más ecológicos se ha convertido en una prioridad. En tal sentido, la adopción de RTTC a base de electricidad ha permitido que las terminales de contenedores contribuyan a disminuir la contaminación del aire, al tiempo que reducen costos. Gráfico 5.5. e-RTTC con rollo de cable (izquierda) y con barra de bus (derecha)
A. e-RTTC eléctrica tipo rollo de cable Con este método se equipa a la RTTC con el rollo de cable que transmite electricidad desde la RMTC, y asigna espacio de trabajo dentro del bloque del patio, de modo que la e-RTTC con rollo de cable solo se puede mover dentro de un área particular. Si bien esto elimina la ventaja de la RTTC en cuanto a su capacidad de desplazarse por entre 54
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los bloques, contribuye a reducir el uso de energía y a la prevención de la contaminación del aire. Por ejemplo, el puerto de Busan, en Corea del Sur, construyó una e-RTTC con rollo de cable que redujo el costo del combustible en 75%.
B. e-RTTC eléctrica tipo barra de bus Este método funciona con una estructura de barra de bus en un lado de cada bloque del patio, mediante la cual se abastece de electricidad a la RTTC. Cuando la e-RTTC tipo barra de bus se mueve entre los bloques, la electricidad proviene de un generador con motor diésel; cuando se mueve dentro de un bloque, la electricidad proviene de la barra de bus.
V.3. Grúa de transferencia montada sobre rieles (RMTC) La RMTC es una grúa de transferencia que se desplaza sobre rieles, para lo cual se vale de una rueda motriz, y para transferir y apilar contenedores dentro de los intervalos regulares de los rieles, utiliza el método del carrete de cable para conducir el suministro de energía de las tomas en tierra. En un principio, la RMTC se usaba solo para manipular contenedores en la estación de ferrocarril, dado que se encontraba fija en el riel y no se podía mover a otros bloques. Sin embargo, su capacidad de apilar múltiples contenedores, y de detenerse con precisión para colocarlos en la pila, permitió su operación no tripulada, por lo cual es ampliamente usada en terminales automatizadas.
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Gráfico 5.6. Clasificación por asignación de grúa Riel
Sencilla
Riel
Doble
Riel
Crossover
Doble crossover
A. Grúa sencilla Con este método se usa una T/C por bloque, lo cual requiere tiempo para que la esta se desplace a los puntos de transferencia (PT) en cada extremo del bloque; a medida que la longitud del bloque aumenta, el tiempo de desplazamiento también aumenta. Por eso su uso es más aconsejable en aquellas terminales de contenedores que tienen bloques relativamente pequeños y poca capacidad de manipulación, como es el caso de la terminal ECT en los Países Bajos.
B. Grúa doble Con este método se usan dos T/C del mismo tamaño por bloque, lo cual permite aumentar las tareas de re-manipulación, dependiendo de la forma en la que las áreas de importación y exportación se encuentren asignadas en el bloque.
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Gráfico 5.7. Ejemplo de manipulación de contenedores con bienes importados
Por lo general, cuando un contenedor de importaciones se traslada hacia un área de trabajo temporal (②) luego de haber sido recogido por la T/C del costado izquierdo en el punto de transferencia del lado agua (WSTP por su sigla en inglés) (①), la T/C del lado derecho del costado tierra firme se desplaza al área de trabajo temporal (② ) para recoger el contenedor y llevarlo hasta área de importaciones (③). Por esta razón, con una grúa sencilla la operación se completa en un solo tiempo, mientras que con dos grúas se completa después de dos tiempos; esto último hace que su costo aumente en espiral. No obstante, en comparación con la grúa sencilla, en la operación con grúas dobles la distancia del recorrido entre cada grúa se reduce, lo cual significa que pueden ser usadas en bloques largos, por lo que el número de grúas instaladas se convierte en un elemento importante para la longitud del bloque y la capacidad de manejo. La BNCT en Corea del Sur ejemplifica esta situación.
C. Grúa crossover Dado que la grúa doble opera en dos tiempos, cada vez recoge y ubica los contenedores, en la secuencia recoger → transferir → ubicar → recoger → transferir → ubicar, es inevitable que el tiempo y el costo de la tarea aumenten.
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Para superar este problema, la grúa crossover completa la operación en un solo tiempo, en la secuencia recoger → transferir → ubicar, pero se necesita espacio adicional para que dos grúas se crucen, lo cual reduce la tasa de apilamiento. Por ejemplo, la CTA en Alemania usa grúas crossover. Gráfico 5.8. Grúa crossover en la CTA, Alemania
Fuente: CTA Web Site.
D. Grúa doble + crossover La grúa doble + crossover está hecha de tres grúas, una de las cuales puede cruzarse, por lo que tiene las ventajas tanto de la grúa doble como de la crossover. Este método es apropiado para terminales que requieren una operación rápida y alta productividad en el bloque del patio.
V.4. Sistema de almacenamiento en altura (HSS) Para mejorar la capacidad de manipulación de una terminal de contenedores es necesario expandir el área del patio y agregar instalaciones. Con este propósito, se propuso un sistema de almacenamiento en altura HSS (High Storage System) como método de almacenamiento y recuperación automatizados (AS/RS). En los últimos años, este sistema ha sido usado para apilar/cargar/descargar contenedores en bodegas automatizadas.
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El HSS puede establecerse en un área pequeña y su capacidad de almacenamiento se puede aumentar agregando más niveles de apilado; asimismo se puede aplicar el método de apilamiento aleatorio para acceder a todos los contenedores y aumentar la productividad sin volver a manipular los contenedores. Gráfico 5.9. Sistema Computainer
Gráfico 5.10. Sistema de bodegas de contenedores ultra-altas (UCW)
A. Sistema Computainer Es un prototipo de HSS en tamaño real desarrollado por la firma Computainer Systems International, el cual permite almacenar y clasificar verticalmente contenedores de 20 y 40 pies desde 10 hasta 14 pisos.
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B. Sistema de bodegas de contenedores ultra-altas (UCW) Se trata de un sistema completamente automatizado e inteligente que permite apilar en 20-30 niveles, es decir, cinco veces más que en un patio de contenedores tradicional; asimismo, su productividad es tres veces superior a la del patio tradicional. Cuadro 5.1. Ventajas del sistema UCW Aspectos
Sistema UCW
Patio de contenedores convencional
Almacenamiento en pilas de 30 niveles
Almacenamiento en pilas de 6 niveles o menos
106,13 TEU/100m²
11,91 TEU/100m²
45 Van/Hr * 1 grúa de carga
16,7 Van/Hr * 1 RTGC
Automatizada
Manual
Necesidades de mano de obra
9 personas 3/muelle
180 personas 3/muelle
Efecto en el medio ambiente
No se contamina el aire debido a la automatización
Contaminación del aire causada por el equipo
Almacenamiento Eficiencia del patio Productividad Operación
No obstante, como se mencionó anteriormente, para el apilamiento de altura con sistema UCW, el terreno del patio debe ser muy resistente, y en el caso de terminales de contenedores a ser construídas en terrenos ganados al mar, la revisión de los aspectos económicos es esencial debido al enorme costo de la construcción del patio en el lado tierra. Igualmente, la construcción e instalación de un UCW con estructura de acero exige una cuantiosa inversión. Por último, como se trata de una instalación que está ubicada del puerto, esa estructura de acero debe ser resistente a las tormentas, etc.
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V.5. Funciones adicionales Una operación eficiente del patio de la terminal de contenedores requiere la mejora de las funciones de las T/C, entre ellas la identificación automatizada de los contenedores en las pilas, la protección de los camiones que transportan contenedores, el carguio automatizado de contenedores por medio de spreaders, etc. Aquí solo se ha reseñado brevemente la función esencial de las T/C.
A. Sistema de escaneado del perfil de apilamiento (SPSS) En ocasiones, las T/C colocan los contenedores en la pila equivocada cuando tratan de ubicarlos en el destino asignado dentro del bloque del patio. Para prevenir este tipo de errores, la planificación del almacenamiento en el patio debe coincidir exactamente con el apilado realizado. El SPSS es un dispositivo que verifica el proceso de apilamiento de contenedores en el patio. Para ello, el spreader de las T/C está equipado con un escáner láser que permite que el proceso de apilamiento pueda ser monitoreado con base en los datos reconocidos por aquel cuando las T/C se desplazan o se mueven en dirección transversal. El SPSS actualiza regularmente el estatus del apilamiento de contenedores y lo compara con el plan de almacenamiento del patio, con el fin de evitar que se cometan errores. Gráfico 5.11. Ejemplo del SPSS
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B. Sistema de carguío automatizado (ALS) En una terminal automatizada, el ATC carga/descarga contenedores de manera automatizada de un camión externo y de los equipos de transferencia interna (como por ejemplo un AGV o un Y/T). En este caso, la ATC tiene que reconocer automáticamente la ubicación del contenedor y desplazarse hacia el lugar exacto donde este se encuentra para recogerlo con un spreader. Por eso se requiere de un dispositivo que permita calcular de manera precisa la altura y la posición del contenedor. El ALS es un dispositivo que calcula la altura y la posición del contenedor; esto a través de un método de procesamiento de imagen que permite reconocer la posición del orificio de seguro giratorio del contenedor usando una cámara adherida a un lado del spreader. Luego, con base en la información sobre la posición calculada del contenedor, el ALS controla la posición del spreader para recoger de manera precisa los contenedores. Gráfico 5.12. Ejemplo de ALS
5
Dirección Y
4
6
3 Dirección X
1
Sensor ALS
2
C. Sistema de protección de camiones (TPS) Para que un camión externo pueda transportar un contenedor, los dos deben estar conectados. Cuando el conductor del camión coloca el contenedor en el camión, el
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seguro giratorio debe estar cerrado, y cuando el contenedor es retirado del camión, el seguro giratorio debe soltarse. Incluso si una terminal automatizada usa ATC para levantar el contenedor desde el camión externo, el conductor tiene que liberar el seguro giratorio para separar el contenedor del camión. Si una ATC llega a levantar el contenedor antes de que este haya sido separado del camión, la grúa los levantará juntos y puede causar un accidente de grandes proporciones. Es así como el TPS se concibió para prevenir este tipo de situaciones peligrosas. El TPS es un dispositivo para detectar, mediante un sensor laser, si el camión también está siendo levantado. Cuando la ATC recoge el contenedor, el sensor láser ubicado en la pata de la ATC recibe información y calcula si el camión también está siendo levantado. Esta tecnología ayuda a prevenir accidentes causados por la caída de camiones en la terminal automatizada. Gráfico 5.13. Ejemplo de TPS
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SÍNTESIS DE LA UNIDAD En esta unidad se han descrito las grúas de transferencia de contenedores que operan en una terminal de carga contenerizada. Asimismo, se han discutido los diversos tipos de grúas utilizadas hasta el día de hoy, así como las características, ventajas y desventajas del sistema de almacenamiento en altura (HSS) para su uso futuro. Primero, en términos de los métodos de desplazamiento, operación y suministro de energía de las RTTC y RMTC, la RTTC es apropiada para terminales manuales y/o con baja productividad a pesar que resulta posible su movimiento entre bloques; entre tanto, la RMTC es adecuada para terminales automatizadas porque puede detenerse en el lugar exacto desplazándose sobre el riel abastecido con energía eléctrica desde tierra firme. Además, se presentó una clasificación de las ATC según su configuración (grúa sencilla, grúa doble y grúa crossover), y la correlación entre la configuración de cada cual y la longitud y la productividad del bloque. Por último, se introdujo un método para el almacenaje denso de contenedores en el patio en el futuro, a saber, el sistema de almacenamiento de altura (HSS). Con este se puede apilar contenedores en más de 20 niveles, con lo cual se aumenta tanto la cantidad de contenedores apilados como la productividad del patio; sin embargo, esta tecnología exige que se disponga de amplias superficies y estructuras sólidas que puedan resistir las tormentas costeras.
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UNIDAD VI ESTUDIOS DE CASO DE TERMINALES DE CONTENEDORES AUTOMATIZADAS
Objetivo de la unidad El objetivo dela unidad es presentar estudios de caso de terminales de contenedores automatizadas en Corea del Sur, los Países Bajos y Alemania.
VI.1. La BNCT en el puerto nuevo de Busan, Corea del Sur VI.1.1. Estatus de la BNCT Según su plan maestro de 1996, el puerto nuevo de Busan manipularía 15,84 millones de TEU de carga contenerizada y 7,17 millones de toneladas de carga general al año entre 1996 y 2020. Actualmente el puerto cuenta con cinco terminales para contenedores y una multipropósito en operación. Una de ellas, la BNCT, ha sido diseñada como una terminal automatizada vertical y construida con financiamiento BOT (construir-operar-transferir). 65
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La BNCT tiene 17 m de profundidad, 1,4 km de longitud, 840.000 m² (1.400 m X 600 m) de área total, y está conformada por cuatro atracaderos. La idea se ha desarrollado en dos etapas. La primera corresponde a las instalaciones en las cuales hay 19 bloques en el patio, 8 C/C, 38 ATC y 20 S/C, cuya capacidad de manipulación asciende a 1,8 millones de TEU al año. La segunda se inició en 2014, cuando se ordenaron equipos adicionales (3 C/C, 4 ATC, 8 S/C) y se expandió el patio de contenedores (4 bloques adicionales y un patio de contenedores vacío), con lo cual la capacidad de manipulación de la BNCT ascendió a más de 2,4 millones de TEU. Gráfico 6.1. Configuración del patio de la BNCT
VI.1.2. Modernización y expansión del puerto existente En su calidad de terminal de configuración vertical, la BNCT cuenta con un total de 19 bloques en operación, cada uno de los cuales consta de 42 bahías, 10 hileras y 5 niveles. Al igual que en otras terminales de configuración vertical, en la BNCT los equipos de transferencia no pueden entrar. La terminal está conformada por 6 carriles de puntos de transferencia en cada extremo del bloque, del costado de tierra firme, y cuatro carriles de puntos de transferencia, del costado del mar.
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Gráfico 6.2. Proceso de operación de la BNCT
Área de la grúa de muelle (Operación del buque) WSTP (Puntos de transferencia del costado del mar)
Puerta de acceso
Patio (Área de apilamiento totalmente automatizada)
LSTP (Puntos de transferencia del costado de la tierra)
Dos ATC de tamaño uniforme en cada bloque de la BNCT operan como ATC dobles instaladas en el riel. Por un lado, cuando se embarcan/desembarcan o se cargan/descargan los contenedores usando dos grúas al mismo tiempo, solo una de ellas puede trabajar a la vez. Esto hace que disminuyan la flexibilidad y la productividad debido a la perturbación causada por el movimiento de aquellas; pero, por otro lado, el método de operación de la ATC doble se basa en la disponibilidad de una amplia superficie y su costo de construcción es reducido. Como se observa en el gráfico 6.2, el camión externo atraviesa la puerta de acceso y se detiene después de dar reversa; luego la ATC recoge el contenedor del camión externo en el punto de transferencia del costado de tierra firme (LSTP) y lo traslada a la bahía correspondiente en la terminal. Paso seguido, la ATC del otro lado del bloque se mueve a la bahía correspondiente, donde recoge el contenedor para dejarlo en punto de transferencia del costado del mar (WSTP). Finalmente, la S/C se desplaza hacia el WSTP para recoger el contenedor y dejarlo en el muelle, donde será elevado por la C/C para cargarlo en el buque.
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Gráfico 6.3. Ruta de camiones externos para cada terminal
AGV
Pt del lado del mar
ATC
Puerta
Puerta PT de lado
de tierra firme
Camión externo
Camión externo
En el gráfico 6.3 se muestra la ruta del recorrido del camión externo en terminales de configuración horizontal y vertical. En las terminales de configuración horizontal, el camión externo llega hasta el bloque o al costado del muelle, por lo que el tiempo de rotación dentro de la terminal aumenta; sin embargo, en la terminal de configuración vertical, el camión externo solo llega hasta el LSTP, por lo que tanto la ruta del recorrido como el tiempo de rotación son relativamente más cortos.
VI.2. La CTA en Hamburgo, Alemania VI.2.1. Estatus de la CTA Para mejorar la productividad y el servicio del puerto, así como para reducir el costo de la manipulación de la carga, en 1997 el puerto de Hamburgo, en Alemania, se propuso desarrollar una terminal de contenedores automatizada: la CTA. El plan de desarrollo tuvo dos etapas: en la primera se manipularían 1,1 millones de TEU y en la segunda 1,99 millones de TEU. La terminal entró en operación en junio de 2002.
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Gráfico 6.4. Configuración del patio en la CTA
Fuente: CTA Web Site.
La terminal CTA, que tiene un muelle de 1,4 km de largo, introdujo una C/C tipo doble elevador y capacidad de trabajo en retroceso, y 4 niveles 10 filas de ATC para equipos de transferencia de patio. Esta terminal cuenta con 84 AGV que operan como equipos de transferencia de contenedores, diez de los cuales funcionan con baterías recargables.
VI.2.2. Operación de la CTA Entre las terminales de contenedores que introdujeron AGV como equipos de transferencia figuran la ECT y la CTA en Europa, ambas completamente automatizadas. Sin embargo, entre una y otras se registran diferencias en cuanto al método de operación; en otras palabras, en la CTA el trabajo que realizan el AGV y la C/C se completa en el área de retroceso de la C/C, mientras que en la ECT esas tareas se cumplen entre las patas de la C/C. Más aún, las CTA introdujo 10 baterías recargables tipo AGV, con lo que eventualmente se reduce el consumo de energía en 50% por cada uno de estos vehículos.
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Cuando se requiere reemplazar la batería del AGV en las instalaciones correspondientes después de 12 horas de operación, se revisa el remanente de cada una. El tiempo de recarga por unidad es de 6 horas, y su reemplazo toma cinco minutos. La CTA cuenta con 26 bloques de patio, cada uno de los cuales tiene dos ATC con capacidad de desplazamiento cruzado; la primera ATC apila en 4 niveles y 10 hileras, mientras que la segunda apila 5 niveles y 12 hileras. Estas diferencias en ancho y alto de las ATC se explican porque es posible extraer/trasladar los contenedores de un lado a otro por encima del bloque, incluso si una de las dos ATC se daña.
VI.3. La ECT de Rotterdam, Países Bajos VI.3.1. Estatus de la ECT La terminal Delta de ECT, localizada en Rotterdam, Países Bajos, fue la primera en inaugurar una terminal de contenedores automatizada --la DDN (Delta Dedicated North) --, para lo cual introdujo, en 1993, el uso de vehículos AGV. En 1996 se inauguró la DDE (Delta Dedicated East) con vehículos AGV actualizados, y posteriormente, en 2003, se abrió la terminal DDW (Delta Dedicated West). La longitud del muelle de la terminal ECT Delta es de 3,5 km, y su superficie total asciende a 2,65 millones m². Para la terminal de contenedores, cuya configuración es vertical, se introdujeron ATC con alcance para cuatro niveles y seis hileras y C/C con carro doble.
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Gráfico 6.5. Configuración del patio en la ECT
Fuente: ECT Web Site.
VI.3.2. Operación de la ECT A medida que la terminal se fue ampliando, la capacidad de carga de las ATC como equipos de transferencia se incrementó de tres a cuatro niveles y seis hileras (DDN → DDE → DDW). Si bien en cada bloque solo opera una ATC, cuando se la tiene que retirar temporalmente de la operación por cuestiones de mantenimiento, se puede introducir una grúa adicional de rescate.
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La transferencia de contenedores entre el muelle y la terminal se automatizó mediante el uso de 265 AGV. De otro lado, desde 2008, y al igual que la terminal ECT Delta, la terminal Euromax opera con ATC y AGV, aunque esta cuenta con dos ATC en el patio. Durante el trabajo de transferencia del lado mar, las tareas conjuntas de la C/C y el AGV (ubicado este último entre las patas de la C/C), hicieron que fuera más fácil asegurar espacio en el patio; no obstante, el flujo de tráfico AGV necesita superar los problemas creados por las rutas fijas del AGV. Gráfico 6.6. Imagen de las tareas conjuntas (C/C y AGV) que se realizan entre las patas de la C/C
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Gráfico 6.7. Planificación de la ruta de AGV en la ECT
VI.4. Análisis de los estudios de caso y consideraciones finales A continuación, se describen las principales diferencias que se registran entre las terminales automatizadas de Europa y Asia. En primer lugar, las terminales automatizadas en Europa introdujeron los AGV para una configuración vertical. La automatización de las tareas realizadas en el muelle permitió que es sistema pudiera acoplar las operaciones de los equipos. En cambio, en la BNCT --una terminal automatizada también de configuración vertical en Corea del Sur--, se introdujo la S/C manual como equipo de transferencia en el muelle, y se adoptó un sistema de desacoplamiento que elimina el tiempo de espera por los equipos, lo cual permite su operación independiente. En la CTA de Hamburgo, a partir de la introducción de la C/C con carro doble, la interfase entre los AGV y las C/C ocurre en el área de retroceso; en cambio en la BNCT de Corea del Sur, la interfase entre las S/C y las C/C ocurre entre el área de retroceso y la pata de la C/C, dado que allí las C/C que se utilizan son las de carro sencillo.
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Cuadro 6.1. Comparación entre terminales de configuración vertical Terminal ECT Delta
HHLA CTA
BNCT
Rotterdam, Países Bajos
Hamburgo, Alemania
Puerto nuevo de Busan, Corea del Sur
Año de inauguración
1993
2002
2012
Longitud del muelle
3,6 Km
1,4 Km
1,4 Km
-
1,0 mil. m²
0,84 mil. m²
17,5 m
16,7 m
16-17 m
Vertical
Vertical (26)
Vertical (19)
AGV (265)
AGV (84)
S/C (20)
C/C (No.)
Carro doble
Carro doble (15)
Carro sencillo (8)
Enlace entre tareas AGV-C/C
Patas de C/C
Área de retroceso de C/C 4 ó 5 niveles, 10 ó 12 hileras (tipo crossover)
Entre el área de troceso y patas de las C/C 5 niveles, 10 hileras (tipo doble)
25-30 movimientos/hr
30 movimientos/hr
25-35 movimientos/hr
Acoplado
Acoplado
Desacoplado
Ubicación
Área Profundidad Configuración del patio (No. de bloques) Equipo de transferencia de contenedores (No.)
ATC Productividad de las C/C Proceso de operación del equipo
3 ó 4 niveles, 6 hileras
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SÍNTESIS DE LA UNIDAD En esta unidad se han presentado estudios de caso sobre las terminales de contenedores ECT (Países Bajos), CTA (Alemania) y BNCT (Corea del Sur), todas las cuales operan con distintos grados de automatización en una configuración vertical. Asimismo, se discute el estatus y el método de operación en cada una de ellas. Mientras que en Europa se construyeron terminales automatizadas con base en vehículos AGV, la BNCT de Corea del Sur fue concebida para una operación parcialmente automatizada que funciona con S/C manuales. Además, el número de ATC en cada bloque se determina con base en la cantidad de carga que manipula cada terminal. Basado en el método de interfaz con la C/C que se diseñe, el plan de ruta de los AGV se convierte en uno de los elementos importantes en la operación. La cantidad de carga manipulada (importación, exportación, transferencia) en el puerto se considera el factor más importante cuando debe determinarse el número de equipos y su capacidad.
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