Laboratorio de calibración de boyas medidoras de oleaje

El Instituto Mexicano del Transporte (IMT), del 2006 al 2008 puso en marcha la Red Nacional de Estaciones Oceanográficas y Meteorológicas (RENEOM), dentro del cual se instalaron 36 boyas direccionales medidoras de oleaje. Las instaladas en la primera etapa  (2006) tienen 5 años en servicio, las de la segunda etapa se instalaron en 2007 y la tercera se llevó a cabo en el año 2008; este tipo de equipos requieren mantenimientos preventivos anuales para su óptimo funcionamiento.

Las boyas direccionales tienen por objeto monitorear las características del oleaje (altura, período y dirección), así como la temperatura superficial del mar; con los datos registrados se está construyendo una base de datos que permite establecer la caracterización del oleaje en cada uno de los sitios donde se encuentran instalados los equipos.  

La información obtenida se ha utilizado para fines de investigación y para el dimensionamiento de varios proyectos de infraestructura portuaria y de protección costera de México.

En el año 2010 el IMT decidió construir el “Laboratorio de calibración de boyas direccionales” , el cual tiene como principal objetivo, el realizar en dicha instalación la calibración y mantenimiento a las  boyas direccionales medidoras de oleaje de la RENEOM; dichos trabajos requieren de instalaciones y tecnología especializadas.

Para ello la División de Ingeniería de Puertos y Costas, consciente del alto costo y el tiempo que implica enviar dichos equipos a Holanda, tomó la iniciativa de construir la infraestructura necesaria para reducir en tiempo y costo los trabajos de calibración y mantenimiento de las boyas direccionales medidoras de oleaje, con los principales propósitos de evitar la salida de divisas, no depender tecnológicamente de una empresa para el mantenimiento y calibración de los equipos y con ello cumplir en tiempo y forma con los compromisos adquiridos con la Coordinación General de Puertos y Marina Mercante.

El Laboratorio de calibración de boyas direccionales, se construyó en las instalaciones del IMT en Sanfandila, Querétaro, en una superficie de 820 m2, cuenta con tres sistemas para la calibración de boyas, los cuales consisten en una estructura no magnética de aluminio, operados por computadora, mediante un software se realiza la calibración de las boyas.

Para el diseño del edificio y de las instalaciones se contó con el apoyo técnico del Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas del gobierno de España (CEDEX)

Las principales actividades que se realizarán en el Laboratorio de calibración de boyas direccionales”, son las siguientes
  • Realización de pruebas de calibración de las boyas direccionales medidoras de oleaje.
  • Diagnóstico del estado de los equipos y con ello, la determinación de averías y acciones para la reparación de las boyas direccionales medidoras de oleaje.
  • Elaboración de informes de calibración y reparación de daños en dichos equipos.

Laboratorio de hidráulica marítima

En el desarrollo y la construcción de grandes obras portuarias, la Ingeniería en México siempre se ha visto apoyada por los Laboratorios de Hidráulica Marítima, de tal forma, que han ayudado a que la Ingeniería Mexicana en estos tiempos sea reconocida a nivel Mundial.

El Laboratorio de Hidráulica Marítima, del Instituto Mexicano del Transporte es único en el país y el mejor equipado de los pocos que existen en Latinoamérica.

 
Infraestructura
 

Tanque de olas mayor

   

El tanque de olas mayor tiene dimensiones de 29 m de ancho 43 m de largo y 1.20 m de profundidad, cuenta con 2 generadores de oleaje que tienen una paleta metálica de 10 m de longitud, con movimiento tipo pistón, con motores de 30 KVA de corriente directa, con poca inercia; y se operan con una computadora P.C.; Los generadores de oleaje se pueden mover conjuntamente o independientemente para representar diversas direcciones de oleaje en el tanque de olas.

 

Tanque de olas menor.

   

El tanque de olas menor tiene dimensiones de 16.4 m de ancho 40 m de largo y 1.20 m de profundidad, cuenta con un generador de oleaje que tiene una paleta metálica de 10 m de longitud, con movimiento tipo pistón, con motores de 30 KVA de corriente directa, con poca inercia; y se operan con una computadora P.C.; El generador de oleaje se puede mover para representar diversas direcciones de oleaje en el tanque de olas.

El tipo de oleaje que se puede generar en estos tanques es monocromático y aleatorio unidireccional, con capacidad de movimiento en varias direcciones de oleaje. Con un tirante de agua de 80 cm es posible generar alturas de la ola de hasta 40 cm., con períodos de ola de hasta 5 seg.

 

Canal de olas ancho.

   

El Canal de olas ancho tiene dimensiones de 4.9 m de ancho 35 m de largo y 1.20 m de profundidad, cuenta con 1 generador de oleaje que tiene una paleta metálica de 4.90 m de longitud con movimiento tipo pistón, con motores de 30 KVA corriente directa con poca inercia operado por una computadora P.C., El generador de oleaje es fijo solo puede generar oleaje en una solo dirección.

 

Canal de olas angosto.

   

El Canal de olas angosto tiene dimensiones de 0.6 m de ancho 50 m de largo y 1.20 m de profundidad, cuenta con 1 generador de oleaje que tiene una paleta metálica de 0.60 m de longitud con movimiento tipo pistón, con motores de 30 KVA corriente directa con poca inercia operado por una computadora P.C., El generador de oleaje es fijo solo puede generar oleaje en una solo dirección.

El tipo de oleaje que se puede generar en estos canales es monocromático y aleatorio unidireccional, con valores de alturas de ola y períodos de ola como los indicados en el tanque de olas mayor.

 

Sensores para la medición de la altura y período de ola

   

Cuenta con sensores para la medición de la altura y período de ola, son de tipo resistivo, y pueden medir alturas de ola de hasta 10 cm y periodos de hasta 5 seg.

Complementariamente, se cuenta con sensores de tipo capacitivo de diferentes longitudes que varían de 20 a 60 cm, y pueden medir alturas de ola de hasta 40 cm y periodos de hasta 5 seg.

 

Casetas de control

   

Se cuenta con dos casetas de control desde las cuales se puede generar y analizar el oleaje por medio de una computadora PC, convertidores de señales digital/análoga, análoga digital, dispositivos de elevación para controlar la elevación de los sensores, ológrafos para observar la variación del voltaje con respecto a los cambios del nivel de agua. El equipo es el mismo para cada uno de los generadores de oleaje.

 

Sistema de generación y medición de oleaje

   

En la siguiente figura se ilustra el sistema que se utiliza para generar y medir oleaje en cada uno de los tanques y canales de ola.

 

Las principales actividades que realizan en el Laboratorio de Hidráulica Marítima están encaminadas a la realización de los siguientes estudios experimentales:

 
Estudios de agitación de oleaje
 

El objetivo principal de este tipo de estudios, es definir en planta la disposición de las obras exteriores del puerto para lograr las condiciones de maniobrabilidad y de operación adecuadas para las embarcaciones que harán uso del mismo.

 
Estudios de transporte litoral y procesos costeros
 

El objetivo principal de este tipo de estudios, es revisar y optimizar en caso necesario, la disposición de las obras de protección que se plantean para resolver problemas de erosión de las costas y de azolvamiento en el canal de acceso de los puertos.

 
Estudios de estabilidad de estructuras
 

El objetivo de estos estudios, es revisar la estabilidad de la sección transversal de escolleras, rompeolas, espigones y protecciones marginales, con objeto de determinar la estabilidad asociada a los elementos que constituyen dichas estructuras, cuando se sujetan a la acción del oleaje.

 
Estudios de rebase del oleaje en estructuras portuarias y costeras
 

El objetivo de  estos estudios, es determinar la elevación optima de la corona de la estructura de protección, para minimizar o evitar el paso del oleaje sobre la corona de la estructura.

 
Estudios del movimiento de embarcaciones atracadas
 

El objetivo de estos estudios, es determinar los movimientos que presenta una embarcación atracada con diferentes tipos de oleaje, con la finalidad de calcular la operatividad de una terminal portuaria, tomando como variable el período de oleaje.

 Laboratorio de hidráulica portuaria ambiental

Este Laboratorio está enfocado a realizar estudios de calidad del agua de las zonas costeras, estudios de modelación de contaminantes y análisis que complementen a los demás estudios que se realizan en la División de Ingeniería de Puertos y Costas.

La importancia de estos estudios radica en el gran deterioro ambiental que se está presentando no solo en los cuerpos de agua sino en el ambiente en general. Las actividades antropogénicas como el establecimiento de zonas urbanas cercanas a las costas y los grandes desarrollos portuarios, han traído como consecuencia la afectación en la calidad del agua.

El desarrollo de los recintos portuarios afecta la hidráulica del ecosistema marino, disminuyendo la capacidad de depuración del propio sistema y creando zonas estancadas, que con el paso del tiempo va agravando la problemática ambiental. Por esto es muy importante el estudio el estudio de la hidráulica portuaria a fin de que se desarrollen proyectos que puedan afectar lo menos posible en delicado equilibrio ambiental marino.

El Laboratorio de Hidráulica Portuaria Ambiental cuenta con equipos portátiles de monitoreo de parámetros físico-químicos, equipo para toma de muestras de agua, así como sedimentos, reactivos químicos y equipo necesarios para realizar diversas determinaciones en laboratorio.

Actualmente las pruebas de calidad del agua que se pueden realizar en el Laboratorio de Hidráulica Portuaria Ambiental son las siguientes:
  • Temperatura
  • pH
  • Conductividad
  • Salinidad
  • Oxígeno disuelto
  • DQO
  • DBO
  • Sólidos disueltos
  • Sólidos totales
  • Sólidos suspendidos
  • Sólidos sedimentables
  • Detergentes (SAAM)
  • Determinación del tamaño de partícula promedio en sedimentos finos

Laboratorio de simulación de maniobras de embarcaciones en tiempo real

Como parte del quehacer del Instituto Mexicano del Transporte, la División de Ingeniería de Puertos y Costas en coordinación con la Dirección General de Puertos contemplaron la construcción de la obra civil, la adquisición, instalación y puesta en operación del equipamiento del Laboratorio de simulación de maniobras de embarcaciones en tiempo real, cuyo propósito principal es la realización de diversas aplicaciones en materia de investigación aplicada, desarrollo y servicios tecnológicos para el sector marítimo y portuario.

El simulador de maniobras de embarcaciones en tiempo real está integrado por un puente principal con consola de control y sistema de visualización, una estación para el operador de la simulación, una estación de desarrollo de bases de datos y modelos de buques y una estación de modelación hidrodinámica.

Entre las principales aplicaciones para investigación aplicada, desarrollo y servicios tecnológicos se pueden enumerar las siguientes:

  1. Proyecto de obras marítimas y portuarias

    Evaluación integral y detallada de las distintas alternativas en lo que se refiere al dimensionamiento de las áreas de navegación actuales y futuras de un puerto, a la construcción o ampliación de obras marítimas y portuarias (interferencia en las maniobras de acceso por la prolongación de un rompeolas o un nuevo muelle, posibilidad de acceso de determinado tipo y tamaño de buques, influencia de los diversos temporales de la zona (vientos y oleaje) en la viabilidad de una maniobra, grado de seguridad resultante, trazo económico y seguro de canales de entrada, etc.).

  2. Análisis de condiciones de operación

    Análisis de la factibilidad en la realización de maniobras, considerando las embarcaciones que se deberán atender en el puerto en el mediano y largo plazo, de acuerdo al dimensionamiento de las áreas de navegación y de las nuevas terminales que entrarán en operación en el puerto.

    Elaboración de normas de acceso al puerto (tipo y tamaño de buques, condiciones meteorológicas y de marea, estrategias de maniobra, etc.), estimación de la necesidad de remolcadores (número y potencia) en las maniobras, márgenes de seguridad para el acceso a los atraques en malas condiciones meteorológicas, modificación del uso de atraques (conversión de terminales, etc.).

  3. Investigación sobre tráfico portuario

    Diseño y optimización de sistemas de ayudas a la navegación, desarrollo de sistemas de control del buque durante el atraque, normalización de procedimientos de comunicación, determinación de tiempos de acceso a los diferentes muelles, determinación de períodos de entrada y salida a puertos de buques, tomando en cuenta el efecto de las mareas, vientos y oleaje para buques de diferentes clases y tamaños, análisis a posteriori de accidentes marítimos, etc.

    Estudios y recomendaciones sobre las necesidades de apoyo de remolcadores, del tipo y de las condiciones en las cuales éstos operan y su interrelación con los pilotos para la realización maniobras seguras.

    Clasificación de las embarcaciones que requieren el servicio de remolque por rangos de Tonelaje de Registro Bruto (TRB) y tipo de carga, asignando el número y potencia de los remolcadores recomendados para cada rango, así como para estandarizar en lo posible los rangos de TRB y el número de remolcadores, para las diferentes condiciones de los puertos.

  4. Investigación sobre el buque

    Modelación matemática de la respuesta física del buque en diferentes condiciones de calados, en canales y zonas confinadas. Desarrollo de sistemas de propulsión y gobierno más eficaces. Desarrollo de nuevos tipos de remolcadores. Desarrollo de nuevas estrategias para la aplicación de los remolcadores. Estudio y evaluación de nuevos sistemas de navegación, medios de comunicación e instrumentación a bordo.

    Investigación sobre las condiciones y circunstancias en que los buques de carga que cuentan con propulsores (Bow y Stern Thruster) en proa y popa pueden ser utilizados con eficiencia y seguridad, así como para establecer el número y potencia de los remolcadores que apoyarán las maniobras en tales condiciones y circunstancias.

Ante la gran necesidad de este tipo de estudios en los puertos del país y de Latinoamérica, éste equipo permitirá a la División de Ingeniería de Puertos y Costas del IMT dar soluciones más detalladas e integrales a los proyectos de obras portuarias y marítimas, y sobre todo, proporcionar soluciones más económicas, ya que en la actualidad, todos los proyectos de éste tipo se contratan en el extranjero con un tiempo de espera considerable y una inversión alta en divisas para la ejecución de este tipo de estudios e investigaciones.