Referencia de ingeniería: diseño de un sistema de limpieza de fachadas FC100 con cable eléctrico y manguera

Nota de referencia: Esta página analiza un despliegue histórico y finalizado de limpieza de fachadas con DJI FC100 como referencia de ingeniería. Los datos registrados del proyecto son útiles para el diseño del sistema, pero no deben considerarse una especificación universal ni una garantía de rendimiento. En los proyectos nuevos, los cálculos deben rehacerse según el edificio, la aeronave, la longitud de la manguera, la fuente de alimentación, las necesidades de agua y el entorno operativo reales.

Configuración de campo de referencia: equipo de alimentación cautiva, carrete de cable y sistema de agua a alta presión.

La limpieza de fachadas con un UAV de gran capacidad de carga no consiste simplemente en añadir una lanza pulverizadora a un dron. Cuando la aeronave debe mantenerse en el aire durante largos periodos y, además, recibir un suministro continuo de agua, el proyecto se convierte en un problema combinado de alimentación, suministro de fluidos, carga útil y gestión de cables. El despliegue de referencia con FC100 utilizó dos líneas de servicio independientes alimentadas desde tierra: un cable cautivo eléctrico de alta tensión para la alimentación continua de la aeronave y una manguera independiente de agua a alta presión para el líquido de limpieza.

El valor de la arquitectura de doble cable no está en eliminar todos los límites operativos. Su valor está en trasladar de la aeronave al suelo las dos mayores limitaciones de autonomía: la energía eléctrica y el agua de limpieza. Esto cambia la forma de dimensionar el sistema completo y de planificar el flujo de trabajo de limpieza.

1. Por qué la limpieza de fachadas con FC100 es un problema de ingeniería de sistemas

Un dron de gran capacidad de carga que funciona solo con baterías debe regresar para sustituirlas o cargarlas. Una aeronave que lleva un depósito grande de agua también consume la carga útil muy rápido y debe regresar para rellenarlo. Una arquitectura de limpieza alimentada desde tierra resuelve estas dos limitaciones por separado:

Como la aeronave transporta ambas líneas, ninguna de las dos puede diseñarse de forma independiente. Una mayor altura de trabajo aumenta el peso del cable cautivo eléctrico y la exposición a la caída de tensión, y a la vez incrementa el peso de la manguera y las pérdidas hidráulicas. Por ello, el diseño correcto parte de la misión completa y no de un único modelo de producto.

2. Empiece por el presupuesto de carga útil de la aeronave

En un proyecto de limpieza con FC100, el margen de carga útil de la aeronave debe cubrir algo más que la herramienta de limpieza visible. El presupuesto en vuelo puede incluir el módulo de conversión de potencia, la lanza pulverizadora, la manguera de agua, los racores, los elementos de fijación del cable y la manguera, y la estructura de montaje. La aeronave debe conservar además un margen adecuado para operar con estabilidad con el viento y las maniobras previstos.

Plataforma DJI FC100 configurada para el proyecto de referencia de limpieza con doble cable.

• Datos de referencia de la aeronave FC100 utilizados en el proyecto: 55,2 kg de peso de la aeronave en configuración de elevación, sin baterías.
• Peso máximo de despegue de referencia: 149,9 kg.
• Carga útil máxima de referencia: 80 kg en modo de una batería y 65 kg en modo de dos baterías.
• Resistencia al viento en vuelo estacionario de referencia: 12 m/s.

Estos valores describen la información de la plataforma utilizada para esta referencia. No sustituyen el cálculo de carga útil específico de cada proyecto. En la práctica, aumentar la altura de operación puede añadir un peso considerable de manguera y cable suspendidos, incluso cuando el hardware en vuelo no cambia.

3. Diseñe la línea eléctrica en función de la longitud, el peso y la caída de tensión

La parte eléctrica del sistema de referencia utilizó una unidad terrestre de alimentación que convertía 380 V de CA trifásica en CC de alta tensión ajustable para transmitirla por un cable cautivo ligero. A continuación, un convertidor a bordo reducía la tensión del cable hasta el bus de CC de la aeronave.

Unidad terrestre de alimentación cautiva utilizada en el proyecto de limpieza de referencia.

La envolvente de referencia empleaba un compuesto de fibra de vidrio FR4 no conductor, con una rigidez dieléctrica especificada de 15 kV/mm. La gestión del cable se apoyaba en un carrete motorizado, una polea guía y un cepillo antiestático.

Referencia de conversión a bordo

Módulo de alimentación CC/CC a bordo de referencia: detalle frontal de refrigeración y conectores.

El valor de 400 A es un límite de corriente, no una corriente nominal continua publicada. No publicamos una potencia nominal de salida continua ni de pico para este módulo de referencia a bordo, por lo que esos valores no deben deducirse únicamente del límite de corriente.

4. Trate el circuito de agua como un cálculo de ingeniería independiente

La presión de la bomba a nivel del suelo no es la misma que la presión en la boquilla aérea. La altura de trabajo, la longitud y el diámetro de la manguera, los racores, el caudal objetivo y la selección de la boquilla influyen en la presión que realmente llega a la fachada. Por este motivo, un proyecto de limpieza debe especificar la presión y el caudal necesarios en el punto de trabajo, y no solo la presión máxima indicada en la bomba.

Datos de referencia de la lanza pulverizadora

Lanza pulverizadora aérea telescópica utilizada para lavar fachadas a corta distancia.

Bomba de referencia actual para las nuevas configuraciones

En las conversaciones actuales sobre proyectos, KH9 es la configuración de bomba terrestre de reemplazo asociada a esta solución de referencia. No debe suponerse que sea exactamente la bomba que aparece en las fotografías históricas del proyecto.

5. La gestión del cable y de la manguera afecta al comportamiento en vuelo

Un dron de limpieza de doble cable se ve influido por dos líneas suspendidas, y no por una. Su peso, su resistencia aerodinámica, su comportamiento de curvatura y la geometría de fijación pueden afectar al posicionamiento cerca de la fachada. Por ello, el sistema necesita un desenrollado y una recogida controlados, además de un método práctico de guiado que reduzca la holgura, los enganches y las cargas laterales no deseadas sobre la aeronave.

Operación de referencia de limpieza de fachadas en el emplazamiento.

Por eso tampoco debe tratarse la altura máxima de un edificio como una simple cuestión de «longitud de cable». Una configuración de referencia de 300 m no significa que el mismo hardware pueda utilizarse automáticamente en cualquier edificio de 300 m. La caída de tensión eléctrica, la masa del cable suspendido, la pérdida de presión de la manguera de agua, la masa de la manguera, el viento local y el presupuesto de carga útil de la aeronave deben revisarse conjuntamente.

6. Resultados históricos de referencia: útiles como comparación, no como garantía

Estos resultados corresponden a un despliegue concreto. La productividad real de limpieza puede variar de forma notable con la geometría de la fachada, el nivel de suciedad, el detergente o la química empleada, la selección de la boquilla, la distancia de trabajo, la fuente de agua, la longitud de la manguera, el viento y el procedimiento del operador. Lo mismo se aplica a la presión de trabajo y a la duración de la operación.

7. Cinco enseñanzas de ingeniería de la arquitectura de referencia

La alimentación y el agua deben dimensionarse conjuntamente. Al aumentar la altura se ven afectadas tanto la línea eléctrica como la hidráulica. Un cable más largo añade masa suspendida y exposición a la caída de tensión; una manguera más larga añade masa suspendida y pérdida de presión.

El margen de carga útil es un presupuesto del sistema. El módulo de alimentación, la lanza, las mangueras, los racores y la estructura de montaje consumen carga útil antes de empezar la tarea de limpieza. El diseño debe conservar un margen operativo en lugar de dimensionarse solo al máximo de la aeronave.

La presión en el lado de la bomba no es la presión en la boquilla. Un proyecto que especifica solo la capacidad de la bomba está incompleto. La presión y el caudal necesarios en la fachada deben orientar la selección hidráulica.

La alimentación continua cambia el cuello de botella. Cuando el cambio de baterías deja de ser la interrupción principal, el suministro de agua, la gestión de la manguera, la inspección de la aeronave, la planificación de la ruta de limpieza y el procedimiento de la tripulación pasan a ser los siguientes límites prácticos.

El hardware de referencia debe recalcularse para cada edificio. La altura del edificio, la forma de la fachada, el corredor de viento, la fuente de agua, la alimentación de CA disponible y las restricciones operativas locales pueden cambiar la configuración adecuada.

8. Cuándo tiene sentido una arquitectura FC100 de doble cable

La arquitectura es más relevante cuando los periodos de trabajo prolongados y el suministro continuo de agua importan más que el traslado rápido del equipo terrestre. Los tipos de proyecto habituales pueden incluir:

• Limpieza de muros cortina de cristal en edificios altos
• Grandes centros de transporte, fachadas de estaciones y exteriores de edificios públicos
• Atrios y superficies verticales de difícil acceso
• Limpieza de puentes o estructuras cuando una herramienta de pulverización aérea resulte adecuada tras una evaluación de seguridad
• Fachadas industriales y grandes superficies verticales que requieren pasadas de limpieza prolongadas y repetidas

Cuándo puede no ser la mejor opción

Una arquitectura de limpieza cautiva puede resultar menos adecuada cuando la zona de trabajo exige traslados frecuentes a larga distancia, cuando no puede garantizarse una fuente de alimentación terrestre fiable, cuando el guiado de la manguera crea un riesgo inaceptable de enganches o cuando el margen de carga útil de la aeronave es demasiado pequeño para los servicios suspendidos necesarios. En esos casos, la operación con baterías o un flujo de limpieza distinto pueden ser más prácticos.

9. Información necesaria para configurar un nuevo proyecto de limpieza con FC100

Para un proyecto nuevo, la información inicial más útil es la siguiente:

• Altura objetivo del edificio y altura real de limpieza
• Modelo de aeronave y configuración de baterías prevista
• Presión y caudal objetivo necesarios en la boquilla aérea
• Longitud prevista de la manguera y su recorrido
• Alimentación de CA disponible en el lugar de trabajo
• Material de la fachada y geometría de limpieza
• Condiciones de viento previstas y límites operativos locales
• Duración de trabajo preferida y frecuencia de traslados

A partir de ahí podemos evaluar la estación terrestre de alimentación, el convertidor a bordo, el cable cautivo eléctrico y la interfaz de suministro de agua como un único sistema integrado, en lugar de seleccionar cada componente de forma aislada.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa «doble cable» en un sistema de limpieza con FC100?

Significa que la aeronave está conectada a dos líneas de servicio alimentadas desde tierra: un cable cautivo eléctrico para la alimentación continua y una manguera independiente para el agua de limpieza presurizada.

¿Significa la alimentación cautiva que el FC100 puede volar 24 horas seguidas sin detenerse?

No. El proyecto histórico declaró una capacidad del sistema integrado de 24+ horas, pero alimentación continua y vuelo ininterrumpido no son lo mismo. La inspección de la aeronave, los límites térmicos, el clima, el suministro de agua y los procedimientos operativos siguen determinando el programa práctico.

Si la bomba terrestre tiene una capacidad de 20 MPa, ¿recibirá la boquilla 20 MPa?

No necesariamente. La presión entregada depende de la longitud y el diámetro de la manguera, el caudal, los racores, la altura vertical y la selección de la boquilla. El circuito hidráulico debe calcularse en función de la presión y el caudal necesarios en el punto de trabajo.

¿Puede copiarse directamente la configuración de referencia de 300 m para un edificio de 300 m?

No. El cable cautivo eléctrico, la manguera, el margen de carga útil, la caída de tensión, la pérdida de presión, el viento y las condiciones del emplazamiento deben recalcularse para el edificio de destino.

¿Qué información necesitan primero para elaborar un presupuesto?

Indique la altura del edificio o de limpieza, el modelo de aeronave, la presión y el caudal necesarios en la boquilla, la longitud estimada de la manguera, la alimentación de CA disponible y una breve descripción de la fachada y del entorno de trabajo.

Hable con nosotros sobre una configuración de limpieza con FC100

Diseñamos y fabricamos sistemas de alimentación cautiva para UAV a medida para aplicaciones industriales con drones. En los proyectos de limpieza con FC100, podemos evaluar la línea de alimentación, la conversión a bordo, la longitud del cable y la interfaz de suministro de agua en función de los requisitos reales de la misión. Para otros equipos de limpieza, consulte nuestros sistemas de drones cautivos para limpieza.