Medición del oleaje en el mar Ártico
Medición de olas en mar abierto y en el hielo con AHRS.
"Las unidades eran fiables, sin fallos en las duras condiciones del Ártico. Han funcionado continuamente durante más de un año sin necesidad de ciclos de alimentación, etc.". | Dr. Martin Doble
Programa de la Zona de Hielo Marginal (MIZ)
En las últimas décadas, el Ártico se ha calentado más que ninguna otra región, lo que ha provocado una reducción significativa del volumen de hielo marino. La combinación de una mayor superficie libre de hielo y una cubierta de hielo más móvil ha dado lugar a la aparición de una zona de hielo marginal estacional (MIZ) en el Mar de Beaufort.
La iniciativa MIZ de la Oficina de Investigación Naval lleva a cabo un programa integrado de observaciones y simulaciones para investigar la dinámica hielo-océano-atmósfera con varios sistemas autónomos, incluidas boyas de oleaje.
Ellipse-A para estudiar las características de las olas oceánicas
El programa incluía 25 boyas de oleaje para cuantificar las características y la evolución del oleaje en alta mar y en el hielo. Veinte boyas se desplegaron en verano y cinco en invierno. "Necesitábamos una solución muy rápida y rentable para medir los espectros de olas direccionales en el océano.
El tiempo de despliegue era corto, por lo que era esencial una solución integrada que nos proporcionara buenas cifras de ascenso y descenso (heave) nada más sacarla de la caja. El plazo de entrega de las unidades también era crítico", indica el Dr. Martin Doble, oceanógrafo de la Escuela francesa UPMC y miembro del programa oceoresearch.
Las boyas de verano, perforadas en primer lugar en el hielo, se alimentaron con paneles solares y se equiparon con sensores de movimiento inercial Ellipse-A para detectar los efectos de las olas lejanas y cercanas en la banquisa local. Una vez derretido el hielo, las boyas de verano siguieron midiendo las características del océano abierto.
Las 5 boyas de invierno se instalaron en el hielo. Estas boyas estaban fabricadas en aluminio para mejorar su resistencia y contenían baterías suficientes para alimentarlas durante los oscuros meses de invierno. Cada boya contenía también componentes electrónicos de procesamiento y control, una tarjeta SD, un GPS y un módem por satélite Iridium y antenas para transmitir los datos registrados a petición a la estación base de Cambridge.
Los datos de las boyas de verano (olas en mar abierto) y de las boyas de invierno (olas en el hielo) también se utilizaron conjuntamente para cuantificar la tasa de atenuación de las olas.
Cuándo tiene sentido calibrar la temperatura
Aquí se utilizaron los sensores inerciales Ellipse-A para la altura y dirección de las olas. Ellipse-A mide en tiempo real balanceo (roll), cabeceo (pitch), rumbo (heading) con una precisión de 0,35°, y ascenso y descenso (heave), con una precisión de 10 cm.
Cada sensor está calibrado para sesgo, linealidad, ganancia, desalineación, eje transversal y giro-g desde -40°C hasta +85°C. Esto les permite proporcionar datos fiables en entornos difíciles, ¿y qué puede ser más duro que el hielo del Ártico? "Las unidades fueron fiables, sin fallos en las duras condiciones del Ártico.
Los Ellipse-A han estado funcionando continuamente durante más de un año sin necesidad de ciclos de alimentación, etc., y los números son buenos, dando resultados claros", citando al Dr. Doble.
"Necesitábamos una solución muy rápida y rentable para medir espectros de olas direccionales en el océano". | Dr. Martin Doble
Ellipse-A: AHRS miniatura de alto rendimiento
Durante el proyecto, se lanzó la Ellipse Series Ellipse-A , una nueva línea que sustituye a la serie IG-500.
Más precisos en actitud y más fiables (IP68) por el mismo presupuesto, los nuevos sensores inerciales en miniatura ofrecen ahora un ascenso y descenso (heave) que se ajusta automáticamente al periodo de oleaje para un mayor rendimiento.
Los sensores Ellipse-A se utilizan actualmente en un nuevo proyecto de la ONR en los mares de Beaufort/ Chukchi.
Ellipse-A
Ellipse-A es un Sistema de Referencia de Actitud y cabo (AHRS) asequible y de alto rendimiento. Incorpora el mejor procedimiento de calibración magnética de su clase para un cabo óptimo, y es adecuado para aplicaciones de dinámica baja a media.
Calibrado en fábrica de -40°C a 85°C, este robusto sensor de movimiento inercial proporciona datos de balanceo, cabeceo, cabo y oscilación.
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¿Qué son los sensores de medición de olas?
Los sensores de medición de olas son herramientas esenciales para comprender la dinámica oceánica y mejorar la seguridad y eficacia de las operaciones marítimas. Al proporcionar datos precisos y puntuales sobre el estado de las olas, contribuyen a la toma de 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 que miden parámetros del oleaje como la altura, el periodo y la dirección.
Suelen utilizar acelerómetros o giroscopios para detectar el movimiento 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, centrado principalmente en la cartografía del fondo marino y otros paisajes sumergidos. Es el equivalente subacuático de la topografía, ya que proporciona una visión detallada de las características submarinas de océanos, mares, lagos y ríos. La batimetría desempeña un papel crucial en diversas aplicaciones, como 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 monohaz y multihaz, que utilizan ondas sonoras para medir la profundidad del agua. Estos aparatos envían impulsos 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 a la vez, proporcionando representaciones muy detalladas y precisas del fondo marino. Con frecuencia, se asocia una solución RTK + INS para crear representaciones batimétricas 3D del fondo marino posicionadas con precisión.
Los datos batimétricos son esenciales para la creación de cartas náuticas, que ayudan a guiar los buques con seguridad mediante la identificación de posibles peligros submarinos como rocas sumergidas, pecios y bancos de arena. También 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 para varios fines clave. Las boyas suelen colocarse en lugares específicos para marcar pasos seguros, canales o zonas peligrosas en masas de agua. Sirven de guía a buques y embarcaciones, ayudándoles a evitar puntos peligrosos como rocas, aguas poco profundas o naufragios.
Se utilizan como puntos de anclaje para embarcaciones. Las boyas de amarre permiten a las embarcaciones amarrar sin tener que echar el ancla, lo que puede ser especialmente útil en zonas donde fondear es poco práctico o 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 las previsiones meteorológicas, la investigación climática y los estudios oceanográficos.
Algunas boyas actúan como plataformas de recogida y transmisión de datos en tiempo real desde el agua o el fondo marino, a menudo utilizadas en investigación científica, vigilancia medioambiental y aplicaciones militares.
En la pesca comercial, las boyas marcan la ubicación de las trampas o redes. También ayudan en la acuicultura, marcando la ubicación de las granjas submarinas.
Las boyas también pueden marcar áreas designadas como zonas de fondeo prohibido, zonas de pesca prohibida o zonas de baño, ayudando a hacer cumplir la normativa en el agua.
En todos los casos, las boyas son fundamentales para garantizar la seguridad, facilitar las actividades marinas y apoyar la investigación científica.
¿Qué es la flotabilidad?
La flotabilidad es la fuerza ejercida por un fluido (como el agua o el aire) 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 produce debido a la diferencia de presión ejercida sobre las partes sumergidas del objeto: se aplica una mayor presión a menor profundidad, lo que crea una fuerza ascendente.
El principio de flotabilidad se describe mediante el principio de Arquímedes, que establece que la fuerza de flotación ascendente sobre un objeto es igual al peso del fluido desplazado por el objeto. Si la fuerza de flotación es mayor que el peso del objeto, éste flotará; si es menor, el objeto se hundirá. La flotabilidad es esencial en muchos campos, desde la ingeniería marina (diseño de barcos y submarinos) hasta la funcionalidad de dispositivos flotantes como las boyas.