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La acústica una ciencia para conocer lo que se encuentra sumergido – Parte 1

Tiempo de lectura: 5 min

La acústica es la ciencia del sonido que permite describir cómo se comportan estas ondas en diferentes condiciones bajo la superficie del agua o incluso debajo del lecho acuático, pero como cualquier otra señal, la velocidad de propagación del sonido en este medio puede verse afectada por la temperatura, la salinidad y la presión, lo que hace necesario conocer el valor de estas variables cuando son usados instrumentos acústicos.

Gracias a que el sonido viaja mucho más lejos que la luz cuando se propaga en el agua, en la actualidad existen múltiples tecnologías que operan bajo este principio y que son usados para detectar e interpretar sonidos naturales como el de las ballenas, peces o incluso terremotos y en algunos casos, ciertas tecnologías son usadas para generar sonidos bajo el agua para detectar corrientes, medir la profundidad, generar modelos digitales del terreno o incluso identificar capas de sedimentos y rocas bajo el lecho acuático.

El día de hoy en este artículo hablaremos sobre la batimetría el cual es un método que hace uso tecnologías acústicas que por sus características, permiten realizar modelos digitales del terreno y por tanto conocer la profundidad de las zonas sumergidas donde se realiza el levantamiento.

¿Qué es la batimetría?

La batimetría se encarga de levantar la topografía por medio de líneas que unen puntos de igual profundidad en las zonas sumergidas. Para esto, se hace uso de tecnologías que transmiten un pulso en forma de sonido utilizando una fuente acústica para medir con precisión el tiempo que tarda el pulso en regresar después de reflejarse en el lecho acuático, este tiempo es usado para calcular la profundidad donde fue tomada la medición, a estas tecnologías se les conoce como Ecosondas, que según su uso final se identifican como multihaz, monohaz y perfiladores de subsuelo, por mencionar algunas tecnologías acústicas.

Un sistema de ecosondas se encuentra conformado por cuatro partes principales. Donde cada uno de estos componentes son necesarios para realizar una planeación del levantamiento en un punto de interés seleccionado.

  1. La estación en superficie de la ecosonda, la cual se encuentra ubicada en la embarcación, y es utilizada por el personal experto para visualizar en tiempo real los datos capturados.
  2. El transducer, elemento que se sumerge y se conecta a la unidad en superficie.
  3. Sistema de posicionamiento GPS, que se usa para georreferenciar cada punto capturado durante el levantamiento. 
  4. Software en tiempo real, usado para visualizar en tiempo real los puntos levantados por la ecosonda.
  5. Software de post-procesamiento, que se usa para visualizar los datos capturados, realizar un procesamiento de la información y generar planos en 2D y 3D del levantamiento.

“Si te interesa conocer un software para visualización y procesamiento de datos para batimetría y otros estudios hidrográficos y oceanográficos, te recomendamos darle una mirada a NaviSuite de EIVA.”

Tipos de ecosondas

Single Beam Echosonder (SBE)

Hacen uso de un único beam o haz, que transmite y recibe la energía de la señal acústica. Para este caso en particular mientras más pequeño y estrecho sea el haz, mejor será la resolución de la información capturada.

Multibeam Echosounder (MBE)

Dispositivo que hace uso de múltiples “Beams” que transmiten y reciben la energía de la señal acústica. Al tener múltiples haces, es posible abarcar una mayor área en menor tiempo cuando se compara con un SBE.

Sub-bottom Profiler (SBP)

Los perfiladores de subsuelo, al igual que las otras tecnologías antes descritas hacen uso de pulsos acústicos, que al regresar del fondo se procesan electrónicamente para formar una imagen en 2D de los espesores de capas sedimentarias y profundidad del fondo rocoso.

A diferencia de las otras tecnologías, este tipo de sonares opera en bajas frecuencia (1 a 20 kHz), permitiendo identificar en rangos superiores a los 30 m las capas sedimentarias y por tanto, la morfología debajo del lecho acuático.

Es común, que este tipo de tecnologías se complementen con información de otros sonares como las ecosondas multihaz o las monohaz. Y en comparación con las tecnologías antes mencionadas, esta es la de mayor peso, ya que requieren elementos piezoeléctricos de mayor tamaño para generar haces con mayor energía.

Se pueden encontrar comercialmente transducer de más de 90 kg, para estos perfiladores de subsuelo, e incluso arreglos de transducers que pueden superar los 500 kg.

En la siguiente imagen se visualizan diferentes tecnologías acústicas, donde se incluyen las tres mencionadas anteriormente.

1. Estación en superficie de la ecosonda

Esta estación se encuentra equipada con un sistema que suministra la potencia necesaria para la operación del transducer, por tal motivo, esta estación debe estar equipada como mínimo con las siguientes interfaces:

  • La de suministro de voltaje AC o DC para la operación del sistema.
  • Un Puerto para la conexión de un PC o pantalla donde se puede visualizar en tiempo real los datos capturados.
  • Puertos de conexión para el o los transducers.
  • Un Puerto de conexión para la antena GPS.

2. Transducers

Dentro del sistema que conforma una ecosonda, los transducers son aquellos sistemas que se instalan en la embarcación para luego sumergirse bajo el agua durante el levantamiento batimétrico. Debido a que estos elementos son la fuente y recepción del sonido se encuentran fabricados en su interior, por materiales cerámicos piezoeléctricos, ya que estos materiales pueden convertir la energía eléctrica en energía mecánica, generando así un pulso de sonido durante su operación.

Existen múltiples parámetros que diferencian uno de otro transducer, como el patrón del haz, la posibilidad de modificar los parámetros característicos de la onda acústica emitida (estos parámetros se modifican en la unidad en superficie o el software en tiempo real del equipo), pero el más relevante de estos parámetros es la frecuencia de operación, el cual determinará en qué aplicaciones podrá utilizarse uno u otro transducer. Los transducers pueden estar diseñados para operar a una sola frecuencia o a dos frecuencia (transducers duales) y constructivamente pueden tener diferentes diseños como se aprecia a continuación.

Las frecuencias comunes en las que pueden operar estos instrumentos pueden variar, pero no se limita a un rango entre 1 kHz a 1000 kHz, donde la selección de la frecuencia dependerá de la aplicación, las condiciones del agua y la profundidad máxima que se ha detectado en la zona donde se realizará el levantamiento batimétrico.

Aplicaciones

Con esta primera entrega del artículo, ya es posible identificar algunas las aplicaciones de estas tecnologías acústicas en Colombia como lo son:

  • En arqueología marina, para identificar y realizar el levantamiento batimétrico de naufragios, para esto te invitamos a leer nuestro artículo del Galeón San José: La tecnología necesaria para explorarlo.
  • En actividades científicas y de investigación, para realizar levantamientos de zonas de interés ecosistémico.
  • Para la planeación marina y costera, en lagos y ríos.
  • Para los puertos, donde es necesario validar constantemente la profundidad del canal por donde ingresarán las embarcaciones al puerto.
  • Para represas y embalses, para identificar el nivel de sedimentos y el volumen de agua real para la generación de energía.

¿Qué otras aplicaciones se te ocurren? déjanos tus comentarios

¿Te ha gustado el tema hasta ahora? Sigue nuestras redes para enterarte de la publicación de la segunda parte de este artículo, donde conocerás más acerca de:

  • Labores de planeación de levantamiento batimétrico.
  • Sistemas de posicionamiento GPS.
  • Software de visualización y procesamiento de datos.

Si quieres integrar estas tecnologías en tus procesos, no dudes en dejarnos tus datos que nosotros te contactamos.

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