Medición del oleaje en el mar Ártico
Medición de olas en mar abierto y bajo el hielo con AHRS.
«Los dispositivos han demostrado ser fiables, sin fallos alguno en las duras condiciones del Ártico. Llevan funcionando de forma ininterrumpida desde hace más de un año sin necesidad de reiniciarlos, etc.»| Dr. Martin Doble
Programa de la Zona Marginal de Hielo (MIZ)
En las últimas décadas, el Ártico se ha calentado más que cualquier otra región, lo que ha provocado una reducción significativa del volumen de hielo marino. La combinación del aumento de la superficie libre de hielo y una capa de hielo más móvil ha dado lugar a la aparición de una zona marginal de hielo estacional (MIZ) en el mar de Beaufort.
La iniciativa MIZ de la Oficina de Investigación Naval (ONR) lleva a cabo un programa integrado de observaciones y simulaciones para investigar la dinámica entre el hielo, el océano y la atmósfera mediante varios sistemas autónomos, entre los que se incluyen boyas de oleaje.
Ellipse-A para estudiar las características de las olas del mar
El programa utilizó 25 boyas de oleaje para cuantificar las características y la evolución de las olas en alta mar y dentro del hielo. Además, se desplegaron veinte boyas en verano, mientras que cinco se desplegaron en invierno.
El Dr. Martin Doble, oceanógrafo de la UPMC y miembro del programa de investigación, explicó: «Necesitábamos una solución rápida y rentable para medir los espectros direccionales de las olas en el océano».
El plazo para el despliegue era breve. Por lo tanto, era esencial contar con una solución integrada que proporcionara datos precisos de cabeceo de forma inmediata. Además, la entrega rápida de las unidades resultó fundamental.
Los ingenieros instalaron las boyas de verano perforando el hielo para fijarlas. Además, las alimentaron con paneles solares y las equiparon con sensores de movimiento inerciales « Ellipse-A».
Estos sensores detectaron los efectos de las olas, tanto lejanas como cercanas, sobre el témpano de hielo. Una vez que el hielo se derritió, las boyas continuaron midiendo las características del océano abierto. Por otra parte, los operadores instalaron cinco boyas de invierno directamente sobre el hielo.
Estas boyas de aluminio ofrecían una mayor resistencia y contaban con baterías diseñadas para aguantar los oscuros meses de invierno. Cada boya integraba además un sistema electrónico de procesamiento, una tarjeta SD, un GPS y un módem satelital Iridium con antenas.
Esta configuración transmitía los datos registrados bajo demanda a la estación base de Cambridge. Por último, los investigadores combinaron los datos de las boyas de verano (olas en mar abierto) y de las boyas de invierno (olas en el hielo). Como resultado, cuantificaron las tasas de atenuación de las olas de forma más eficaz.
Cuándo conviene realizar una calibración de temperatura
En este caso se utilizaron sensores inerciales « Ellipse-A» para medir la altura y la dirección de las olas. Ellipse-A mide en tiempo real el balanceo, el cabeceo y el rumbo con una precisión de 0,35°, así como el cabeceo vertical con una precisión de 10 cm.
Cada sensor está calibrado en cuanto a sesgo, linealidad, ganancia, desalineación, eje cruzado y giro-g en un rango de temperatura de -40 °C a +85 °C. Esto les permite proporcionar datos fiables en entornos hostiles, y ¿qué puede ser más hostil que el hielo del Ártico? «Las unidades resultaron fiables, sin fallos en las duras condiciones del Ártico.
Los Ellipse-A han estado funcionando de forma continua durante más de un año sin necesidad de reinicios de alimentación, etc., y las cifras parecen buenas, ofreciendo resultados claros», en palabras del Dr. Doble.
«Necesitábamos una solución muy rápida y rentable para medir los espectros de ondas direccionales en el océano». | Dr. Martin Doble
Ellipse-A: Miniatura de alto rendimiento AHRS
Durante el proyecto, se lanzó la serie «Ellipse », una nueva línea que sustituye a la serie IG-500.
Más precisos en cuanto a actitud y más fiables (IP68) por el mismo precio, los nuevos sensores inerciales en miniatura ofrecen ahora un movimiento de cabeceo que se ajusta automáticamente al período de las olas para un mayor rendimiento.
Los sensores « Ellipse-A» se utilizan actualmente en un nuevo proyecto de la ONR en los mares de Beaufort y Chukchi.
Ellipse-A
Ellipse-A es un sistema de referencia de actitud y rumbo (AHRS) asequible y de alto rendimiento. Incorpora el mejor procedimiento de calibración magnética de su clase para obtener un rumbo óptimo, y es adecuado para aplicaciones dinámicas de baja a media intensidad.
Calibrado de fábrica para un rango de temperatura de -40 °C a 85 °C, este robusto sensor de movimiento inercial proporciona datos de balanceo, cabeceo, rumbo y cabeceo vertical.
Solicita un presupuesto para « Ellipse-A»
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¿Qué son los sensores de medición de ondas?
Los sensores de medición de olas son herramientas esenciales para comprender la dinámica oceánica y mejorar la seguridad y la eficiencia en las operaciones marítimas. Al proporcionar datos precisos y oportunos sobre las condiciones del oleaje, contribuyen a fundamentar las decisiones en diversos sectores, desde el transporte marítimo y la navegación hasta la conservación del medio ambiente. Las boyas de oleaje son dispositivos flotantes equipados con sensores para medir parámetros de las olas, como la altura, el período y la dirección.
Normalmente utilizan acelerómetros o giroscopios para detectar el movimiento de las olas (por ejemplo, el período de las olas) y pueden transmitir datos en tiempo real a instalaciones en tierra para su análisis.
¿Qué es la batimetría?
La batimetría es el estudio y la medición de la profundidad y la forma del terreno submarino, y se centra principalmente en la cartografía del fondo marino y otros paisajes sumergidos. Es el equivalente submarino de la topografía y ofrece información detallada sobre las características submarinas de los océanos, los mares, los lagos y los ríos. La batimetría desempeña un papel fundamental en diversas aplicaciones, entre las que se incluyen la navegación, la construcción marina, la exploración de recursos y los estudios medioambientales.
Las técnicas batimétricas modernas se basan en sistemas de sonar, como las ecosondas de haz único y multihaz, que utilizan ondas sonoras para medir la profundidad del agua. Estos dispositivos envían pulsos sonoros hacia el fondo marino y registran el tiempo que tardan los ecos en regresar, calculando la profundidad en función de la velocidad del sonido en el agua. Las ecosondas multihaz, en particular, permiten cartografiar amplias franjas del fondo marino de una sola vez, lo que proporciona representaciones del fondo marino muy detalladas y precisas. A menudo, se utiliza una solución RTK + INS para crear representaciones batimétricas en 3D del fondo marino con una posición precisa.
Los datos batimétricos son esenciales para elaborar cartas náuticas, que ayudan a guiar a los buques de forma segura al identificar posibles peligros submarinos, como rocas sumergidas, pecios y bancos de arena. Además, desempeñan un papel fundamental en la investigación científica, ya que ayudan a los investigadores a comprender las características geológicas submarinas, las corrientes oceánicas y los ecosistemas marinos.
¿Para qué sirve una boya?
Una boya es un dispositivo flotante que se utiliza principalmente en entornos marítimos y acuáticos con varios fines fundamentales. Las boyas suelen colocarse en lugares concretos para señalizar pasos seguros, canales o zonas peligrosas en las masas de agua. Sirven de guía a los barcos y embarcaciones, ayudándoles a evitar puntos peligrosos como rocas, aguas poco profundas o pecios.
Se utilizan como puntos de anclaje para las embarcaciones. Las boyas de amarre permiten a las embarcaciones amarrarse sin tener que echar el ancla, lo que puede resultar especialmente útil en zonas en las que el fondeo no es viable o resulta perjudicial para el medio ambiente.
Las boyas instrumentadas están equipadas con sensores para medir condiciones ambientales como la temperatura, la altura de las olas, la velocidad del viento y la presión atmosférica. Estas boyas proporcionan datos valiosos para la predicción meteorológica, la investigación climática y los estudios oceanográficos.
Algunas boyas sirven de plataformas para recopilar y transmitir datos en tiempo real desde el agua o el lecho marino, y suelen utilizarse en la investigación científica, la vigilancia medioambiental y aplicaciones militares.
En la pesca comercial, las boyas señalan la ubicación de las nasas o las redes. También resultan útiles en la acuicultura, ya que marcan la ubicación de las explotaciones submarinas.
Las boyas también pueden delimitar zonas específicas, como zonas en las que está prohibido fondear, zonas de veda pesquera o zonas de baño, lo que contribuye a hacer cumplir la normativa en el agua.
En todos los casos, las boyas son fundamentales para garantizar la seguridad, facilitar las actividades marítimas y apoyar la investigación científica.
¿Qué es la flotabilidad?
La flotabilidad es la fuerza que ejerce un fluido (como el agua o el aire) y que se opone al peso de un objeto sumergido en él. Permite que los objetos floten o suban a la superficie si su densidad es menor que la del fluido. La flotabilidad se debe a la diferencia de presión que se ejerce sobre las partes sumergidas del objeto: a mayor profundidad, la presión es mayor, lo que genera una fuerza ascendente.
El principio de la flotabilidad se describe mediante el principio de Arquímedes, según el cual la fuerza de flotabilidad que actúa hacia arriba sobre un objeto es igual al peso del fluido desplazado por dicho objeto. Si la fuerza de flotabilidad es mayor que el peso del objeto, este flotará; si es menor, el objeto se hundirá. La flotabilidad es esencial en muchos campos, desde la ingeniería naval (diseño de barcos y submarinos) hasta el funcionamiento de dispositivos flotantes como las boyas.
¿Qué es un « IMU »?
Una unidad de medición inercial (IMU) es un módulo sensor compacto que mide el movimiento y la orientación de una plataforma mediante la captación de sus aceleraciones lineales y velocidades de rotación angulares. En esencia, una IMU integra tres acelerómetros y tres giroscopios dispuestos a lo largo de ejes ortogonales para proporcionar seis grados de medición.
Los acelerómetros detectan cómo se acelera la plataforma en el espacio, mientras que los giroscopios registran cómo gira. Al procesar conjuntamente estas mediciones, una unidad de medida inercial ( IMU, IMU) proporciona información precisa sobre los cambios en la velocidad, la actitud y el rumbo sin depender de ninguna señal externa. Esto hace que las IMU sean esenciales para la navegación en entornos en los que el GPS no está disponible, no es fiable o se bloquea intencionadamente. Su rendimiento depende en gran medida de la calidad de los sensores, de la calibración y de lo bien que se controlen los errores, como los sesgos, el ruido, los factores de escala y las desalineaciones.
Las IMU de alta gama incluyen mecanismos avanzados de calibración, compensación térmica, filtrado de vibraciones y estabilidad del sesgo para asegurar que los errores no se acumulen rápidamente con el tiempo. Gracias a estas características, las IMU se utilizan en una amplia gama de aplicaciones —desde UAVs, municiones merodeadoras y vehículos autónomos hasta AUVs, robótica y sistemas de estabilización industrial— proporcionando una conciencia robusta y continua del movimiento y la orientación incluso en las condiciones operativas más adversas.
