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DESARROLLO DE UNA RED DE MONITORIZACION DE OLEAJE EN TIEMPO REAL, BASADA EN LA INSTALACIÓN DE BOYAS DE OLEAJE FABRICADAS EN CHILE.
“En Chile no sabemos cómo funciona el mar”
I.
ANTECEDENTES
En Chile no sabemos cómo funciona el mar y su influencia en nuestra economía, puede ser altamente significativo en los próximos años, en un mundo cada vez más competitivo y sobreexpuesto a las consecuencias del cambio climático. Nuestra costa es una extensa área con más de 4.200 km de largo, divida en cinco zonas geográficas, cada una con características climáticas, geográficas, batimétricas y oceanográficas muy diferentes entre ellas. En estas zonas, muchas de ellas altamente pobladas, convergen gran cantidad de actividades, como pueden ser la navegación, la pesca, la acuicultura, la navegación deportiva, actividades portuarias de carga y de pasajeros, turismo y ocio. Por otra parte, las zonas costeras se encuentran expuestas a fenómenos climatológicos costeros que afectan por igual a todas las actividades que se desarrollan en el mar y suponen un fuerte impacto en las infraestructuras del borde costero, instalaciones y actividades portuarias en general, además de ser un elemento importante para la seguridad de la población en general. El oleaje se forma principalmente por el efecto del viento sobre el mar y los estados del mar se clasifican en mar de viento y mar de fondo y combinaciones complejas de ambas, que resultan en estados de mar multimodales. A su vez, el oleaje se puede definir a partir de las características de las olas, como son la altura, periodo, frecuencia, dirección del oleaje, etc. La descripción del oleaje basada en parámetros estadísticos, no permite caracterizar de manera óptima la naturaleza multimodal del oleaje en Chile. Por otra parte, las previsiones del estado de mar, son realizadas por el Servicio Meteorológico de la Armada (SMA), utilizando para ello, modelos numéricos de propagación de ondas de aguas profundas, que presentan el grave limitante de no permitir un cálculo preciso de las condiciones del mar en la costa (figura 2), debido a que estos modelos pierden eficiencia en las aguas someras cercanas a la costa, donde aparecen otros elementos que modifican el oleaje como son la profundidad, el tipo fondo marino, la morfología de la costa, la orientación de las bahías, etc. El oleaje podría ser pronosticado, de la misma forma como se realizan hoy en día los pronósticos del tiempo para las ciudades. En este caso, los meteorólogos utilizan modelos matemáticos altamente especializados que utilizan la información recogida desde satélites polares y las estaciones meteorológicas instaladas a los largo de todo el país. Estos modelos a su vez, son continuamente ajustados/actualizados con las series históricas de las mediciones de dichas estaciones. Hoy en día, todos los países desarrollados cuentan con redes boyas oceanográficas, que entre otras cosas, miden las características del oleaje. Las boyas de oleaje, serían los equivalente a las estaciones meteorológicas que tenemos en tierra, pero en este caso en el mar y es este sistema lo que no tiene Chile. Una red instrumental que mida las características del oleaje y el clima marítimo de las aguas cercanas a la costa. Las boyas para detectar Tsunamis de la NOAA (Boyas Dart) recientemente instaladas por la Armada a unos 200 km de la costa chilena, no están diseñadas para esta función y su aplicación en el entendimiento del clima de oleaje en las zonas costeras es muy bajo.
II.
Algunos sectores en que el oleaje es un factor importante.
2.1 El oleaje y el cierre de los puertos. El sector portuario y su logística constituyen la principal plataforma de intercambio comercial del país, que comprende el 96% de todo el comercio exterior chileno. Es el SMA, el encargado de presentar en sus pronósticos el estado de mar, en cuanto a su clasificación, así como un rango de altura de oleaje, utilizando para ello modelos matemáticos de propagación. No obstante, la información presenta un alto grado de incertidumbre e inseguridad, ya que los rangos de alturas no siempre se condicen con los estados de mar que se observan en las bahías. Sobre las Capitanías de Puertos, recae la decisión de aperturas y cierres de los puertos, la cual depende de la información oficial emitida por el SMA. Es sabido que para contar con información complementaria, en distintas Capitanías de Puertos, Gobernaciones Marítimas, Cuerpos de Prácticos e incluso en los mismo Puertos, se consultan páginas web gratuitas de estado de oleaje, que normalmente utilizan los surfistas, (ej. WindGuru), lo cual es una práctica inapropiada, para un país que pretende caminar hacia el desarrollo. Las previsiones están expuestas a dos tipos de errores, según advierte la Cámara Portuaria de Chile; y es cuando la autoridad descarta el cierre de los puertos, a pesar de las condiciones adversas y cuando se resuelve el cierre, sin que las condiciones del mar lo justifiquen. Lo deseable es que este tipo de errores sean lo más bajo posible, pero la carencia de sistemas de medición, hacen que el segundo error tenga una probabilidad mayor de ocurrencia. Otro aspecto importante en los avisos de una marejada, es la relación entre la magnitud y la duración de dichos eventos. El SMA informa de la duración y la magnitud pico del evento (a lo largo de la costa del país), sin embargo, la información emitida, no permite identificar la evolución temporal de las marejadas, la cual podría ser similar a una función gaussiana, permitiendo abrir un puerto mucho antes (figura 4). En un estudio realizado en el Puerto de Patache (Iquique) para determinar la diferencia entre el cierre justificado versus el cierre injustificado del puerto por los partes meteorológicos del SMA, se compararon los registros de cierre de su puerto entre los años 2012 y 2015, con los datos reales de la altura de oleaje de la zona y los umbrales operacionales establecidos por la Autoridad marítima para ese puerto, que correspondían a alturas significativas de ola máximas de Hm0 = 1,5 m para las maniobras y de Hm0 = 2,0 m para la permanencia de las naves atracadas en el puerto (Directemar, 2015). El estudio concluyó que de un total de 138 cierres del puerto debido al parte meteorológico por altura de ola, el Puerto fue cerrado injustificadamente en el 49% de las ocasiones. Es decir, que la altura de ola local, fue menor que lo indicado en el pronóstico del SMA, perdiendo días de trabajo. (Recogido en el Seminario Internacional de Ingeniería y Operación Portuaria, 2016). En un parte meteorológico, es imposible conocer el estado real de las condiciones del mar en una zona geográfica tan pequeña como una bahía y pero aún en un puerto (Figuras 2 y 3). Por lo tanto, un sistema que mida en tiempo real la altura de ola y clima marítimo, permitiría una mejor eficiencia del puerto, reduciría el riesgo de daños en las instalaciones portuarias y a las naves, además de reducir el riesgo de accidentes laborables y pérdida de carga, dada la incertidumbre del clima marítimo.
Cabe recordar, que los principales desafíos de los puertos chilenos, son mejorar en eficiencia y productividad. Las estimaciones hechas por la CAMPORT (Cámara Marítima y Portuaria de Chile A.G.) apuntan a que los costos logísticos debidos a una paralización de 10 días suponen US$ 150 millones y en el caso de 20 días a US$ 500 millones; costos que recaen fundamentalmente sobre los exportadores y consumidores finales.
2.2 Energía undimotriz: Chile presenta una excelente ventaja comparativa para convertirse en un actor relevante en la producción de electricidad utilizando el oleaje. De acuerdo a las estimaciones del Banco Interamericano de Desarrollo, el promedio del clima de oleaje para la costa chilena es de 38,6 kW/m, lo que implica una capacidad total en los 4.270 km de línea costera, un potencial de 164 GW. En el mismo documento se deja claro la necesidad de tener fuentes de datos del clima de oleaje, para analizar la energía del oleaje disponible en cada una de las zonas específicas donde se quiera desarrollar un proyecto. 2.3 Obras civiles en puertos y borde costero: Es innegable que el mar está cambiando por el efecto del Cambio Climático. Desde 1980, el nivel del mar crece a una tasa de 3,8 mm/año, según los registros de la NASA. Estas diferencias introducen un alto grado de incertidumbre sobre el grado de impacto del oleaje sobre las obras civiles marítimas y en especial sobre el diseño de nuevas. Las series históricas de altura significativa del oleaje, es sumamente importante para los ingenieros, en los diseños de obras marítima. Por ejemplo algunos estudios realizados en el 2013 en Japón, indican aumentos entre un 10% y 60% en los anchos de los diques verticales de la bahía de Osaka, para mantener la estabilidad de estructura frente aumentos de altura de ola de un 20%, lo que se traduce en enormes diferencias en el coste final de un proyecto. 2.4 Turismo: Si en Chile tuviéramos una red de boyas cercanas a la costa para monitorización en tiempo real del oleaje, esta información podría ayudar al sector turístico que se desarrolla en el mar, por ejemplo, el sector náutico –deportivo, cruceros, surfistas, visitas a zonas de observación de mamíferos marinos, etc. (ver figura 5)
III.
¿Qué hace nuestra boya?
La medición de las características del oleaje, tradicionalmente se han utilizado medidores de presión para estimar la altura de la ola, radares HF y perfiladores Doppler, pero su difícil montaje en el mar abierto y la dificultad de enviar datos en tiempos real, los han dejado en un “segundo lugar”, frente a los más modernos sensores de movimiento inercial. La tecnología inercial es relativamente nueva en el campo de la
oceanografía, y pocas compañías, han logrado desarrollar con éxito un sensor de medición de oleaje basado en esta tecnología (figura 1). Nuestra empresa (CET), tiene un acuerdo comercial de exclusividad con una empresa española, que ha diseñado este nuevo sensor de oleaje y que actualmente forma parte de la red de oleaje en la costa Española y Portuguesa, entre otros países. Nuestro acuerdo, nos permite utilizar este sensor para montar nuestra propia boya de oleaje en tiempo real, en exclusividad para toda Sudamérica. El sensor inercial está compuesto por un acelerómetro lineal, un giroscopio y un magnetómetro, que trabajan en tres ejes y gestionados por un algoritmo que realiza la transformación de las coordenadas de este sistema móvil a uno fijo, enviando estos datos cifrados a tierra para su presentación en tiempo real. Nadie puede descifrar los datos generados por el sensor, excepto nosotros.
Figura 1: Esquema de integración de los elementos componen nuestra boya de oleaje.
IV.
Nuestro servicio.
Algunos de nuestros clientes podrían ser los puertos. Todos los grandes puertos del mundo precisan, de algún modo u otro, disponer de sistemas de información sobre el oleaje. Nuestro servicio es la venta de los datos de lectura del oleaje en tiempo real y no necesariamente la venta de equipos. El cliente recibiría los datos en una plataforma web, donde podrían ver la altura de ola significativa, periodo, dirección y otras variables de importancia, en un gráfico o en tablas. La boya, su instalación, los permisos, seguros y el mantenimiento, correrían por cuenta de nuestra empresa CET.
PARÁMETROS QUE MIDE NUESTRA BOYA. Número de olas Período de ola medio (Estadístico). Altura de ola significante (Estadístico). Período significante. Altura media del décimo de ola más alta. Período medio del décimo de ola más alta. Altura cuadrática media.
Figura 2: Informe Meteorológico de SMA sobre la altura significativa de ola para todo el país. El modelo matemático utiliza una grilla de cálculo muy grande como para poder apreciar le real condición de una bahía.
Altura de ola máxima. Altura de ola significante (espectral). Periodo medio de cruce por cero (espectral). Período medio. Período energético. Período de pico. Dirección de oleaje.
Figura 3: Informe meteorológico emitido por SMA del estado de mar. http://meteoarmada.directemar.cl/site/pronosticos/pronostico_ge neral_maritimo.html
http://meteoarmada.directemar.cl/prontus_meteo/site/artic/2014 0105/pags/20140105094103.html
Límite máximo de altura de ola autorizado por Directemar para maniobras portuarias
Altura de ola medida in situ (Puerto Abierto)
Más de 35 hrs Puerto cerrado injustificado por altura de ola
Altura de ola medida in situ (Puerto Cerrado por Autoridad marítima)
Figura 4: Gráfico que muestra la evolución de una marejada y su efecto sobre la altura de la ola (Puerto de Patache, Iquique)
Nuestra visión
Red de Boyas de medición de oleaje y oceanografía
Figura 5: Captura de pantalla de la página web de la entidad de Gobierno Español, Puertos del Estado, donde se puede acceder a los datos en tiempo real e históricos de oleaje y otros parámetros. Los puntos rojos son las boyas de medición de oleaje y oceanográficas de la red Española. http://www.puertos.es/es-es/oceanografia/Paginas/portus.aspx
V.
Quiénes somos.
CET es una empresa chilena, fundada en el 2012 y especializada en el campo de la ingeniería acuicultura y tecnologías en el medio ambiente marino. Nuestra empresa está integrada por una red internacional de colaboradores, institutos tecnológicos y profesionales españoles y europeos, con diferentes especialidades, lo que nos permite dar soluciones rápidas y respaldadas en nuestro conocimiento. Todas nuestras soluciones se basan en tecnología diseñada y fabricada en Europa, bien desarrollada por nosotros mismos y/o empresas tecnológicas que forman parte de nuestra red.
CHILE CET – CHILE C/ M.Baquedano 239 – Of 203. Antofagasta. II Región—Chile Tel. +56 55 3217895
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Rodrigo BURGOS General Manager VEGA +34 665830899 Rodrigo@rbvinvest.es