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El sumergible autónomo desarrolla gran actividad en cartografía marina

Pascual Bolufer

El Autonomous Underwater Vehicle es un vehículo sumergible que resuelve por sí mismo sus problemas relativos a la navegación y al trabajo, sin intervención humana, sin buque nodriza, sin cable de remolque.

Publicado: Lunes, 28/12/2009 - 12:31  | 4636 visitas.

AUV Max Royal Explorer usado en el litoral de Alaska, para buscar el submarino USS Grunion
AUV Max Royal Explorer usado en el litoral de Alaska, para buscar el submarino USS Grunion
Imagen: Deep Sea Systems International Inc.
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Los sumergibles autónomos (AUV) en inglés, sirven para la inspección subacuática visual, equipados con cámaras, normalmente unidas a la estructura del robot. Son cámaras que captan imágenes del fondo, y permiten construir mapas. Las imágenes se disponen en líneas para el mapa final, el mosaico.

Tiene tres campos de aplicación: Defensa, Ciencia marina y Empresas de petróleo. Mejores que los sumergibles de control remoto, su penetración en el mercado es lenta, pero muy constante.

Hay trabajos que solo se pueden realizar con el AUV. Nadie discute esa realidad. Los trabajos submarinos se llevan a cabo, apoyados en 4 métodos: el buceador y el escafandrista, el sumergible tripulado, el sumergible por control remoto (ROV) y el AUV autónomo. Cada tipo de trabajo sugiere cuál es el método más económico, más rápido, con el menor riesgo de vidas humanas. Los 4 métodos aquí indicados son indispensables.

Para el AUV contamos con larga experiencia de vehículos aéreos, terrestres y sumergibles no tripulados. No partimos de cero, no es un tema de ciencia ficción. El mundo submarino tiene sus propios problemas específicos, pero son superados.

No obstante, excluir el buque nodriza solo se justifica, cuando no hay otra solución. Y aun entonces hay métodos para estar enterado del correcto funcionamiento del AUV. No se puede tolerar, que el AUV esté funcionando una semana aportando datos sobre un fondo marino que no interesa.

El rápido desarrollo de la oceanografía y de la industria extractiva del petróleo y gas natural han creado trabajo para distintos tipos de sumergibles. Por motivos de seguridad y de reducción de costes el sumergible tripulado es rechazado para muchos trabajos.

A gran profundidad, más de 3 000m, el sumergible ROV (robot remolcado, sin tripulación) no puede competir con el AUV. Tampoco en el mantenimiento, como por ej.: revisar un gasoducto submarino. Para posicionamiento de precisión con el sonar, se tiene en cuenta que solo el haz acústico, que penetra desde el aire en el agua, normal, a 90º, no se curva. Con pendiente, con ángulo inferior a 90º, hay refracción.

La cámara acústica, para obtener imágenes, es de baja resolución, pero con la ventaja de que puede funcionar bien en aguas turbias, opacas para la cámara fotográfica. Es un sistema de referencia para la navegación. El robot AUV navega de forma autónoma y en tiempo real. El altímetro del robot da la profundidad respecto del fondo, la cámara, orientada hacia abajo, da la imagen, y eso hace posible la navegación en tiempo real. Recordemos que el agua es un elemento muy absorbente para las radiaciones electromagnéticas (radio, radar, luz, rayos X), pero no para las ondas acústicas, de ahí que el sonido haya encontrado múltiples aplicaciones en el estudio del medio marino.

Acústica y navegación subacuáticas

La acústica submarina describe la propagación del sonido (ondas de compresión y rarefacción) en el mar. La teoría es básicamente idéntica a la de las ondas sonoras en el aire, pero existe una diferencia: la impedancia característica del agua es 3 600 veces mayor que la del aire.

El sonido provoca una presión en el agua, a través de la cual se propaga. El nivel de presión se expresa en decibelios.
Los componentes del sonido son: la amplitud. la longitud de onda y la frecuencia.
La velocidad del sonido:
La propagación del sonido en el mar depende de muchas variables, por ello no se puede contestar con rapidez a la pregunta ¿qué velocidad tiene el sonido en el mar? La velocidad en el Mediterráneo, basada en la fórmula común:

V=1410+4.21T-0.037T2 +1.1S+0.018P

En donde:

V=velocidad en m/s
T=temperatura del agua
S=salinidad
P=profundidad en m.

Presuponemos una temperatura de 10ºC a 1 000m de profundidad, con una salinidad del 36 por mil. Velocidad del sonido a 1 000 m. de profundidad en el Mediterráneo: 1467,5 m/s.

La profundidad aumenta la presión del agua, y por tanto, la velocidad del sonido en ella. Si además tenemos en cuenta la anomalía térmica de la termoclina, el impulso sónico del sonar lateral experimentará la refracción. La trayectoria curva del haz sónico introduce un error en la medición exacta de la profundidad, es una distorsión, debido a no linealidades del medio acuático. Aunque la temperatura del agua marina disminuye con la profundidad, existe la anomalía de la termoclina, una capa horizontal de agua, que está más fría que la capa superior e inferior. Ya sabemos que la velocidad del sonido es proporcional a la Temperatura.

La termoclina, a unos 1 000m de profundidad, crea zonas de sombra, de gran importancia para las comunicaciones son submarinos, zonas a donde no llega la señal sónica que emitimos, debido a la refracción.  La termoclina no crea problemas a los AUV, porque operan por debajo de la termoclina. El buque nodriza para comunicarse con el AUV suele colocarse sobre la vertical del AUV, y el haz acústico vertical está exento de refracción.

El sonido es absorbido por el agua de mar debido a la producción irreversible de calor durante las compresiones y expansiones alternadas que acompañan a la onda sonora. La absorción es mayor en el agua salada que en la dulce, debido a los efectos de las sales disueltas. La absorción produce una disminución de la intensidad de la señal, que es exponencial con la distancia, de ahí que la expresamos en decibelios. La intensidad de la señal es proporcional a ear, en donde (a) es el coeficiente de absorción, y (r) la distancia recorrida. El coeficiente de absorción (a) depende fuertemente de la frecuencia: a=0.478 por 10-16 por la frecuencia al cuadrado.

Publicado completamente en Mapping Interactivo (España)

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