Canal de la UPC para estudiar los efectos del oleaje. Olas bajo control.
Dicen que no hay nada tan peligroso como intentar nadar en un mar embravecido. No es un parque acuático, precisamente, donde el Laboratorio de Ingeniería Marítima (LIM) de la Universidad Politécnica de Catalunya elabora olas a medida. El Canal de Investigación y Experimentación Marítima (CIEM), recientemente instalado en la UPC, es uno de los más grandes y completos de Europa. Con 100 metros de longitud, 3 de ancho y 5 de calado, y totalmente automatizado, permite fabricar olas de hasta 1,6 metros de altura. En esta factoría de olas cubierta se realizan estudios, casi a medida natural, sobre el comportamiento de las costas frente al oleaje, además de ensayar estructuras costeras y de mar abierto o calibrar aparatos de medida de fenómenos marinos.
El diseño del canal ha sido realizado por el equipo generador de oleaje del CIEM, junto con la UPC y el laboratorio británico Hydraulics Research. La enorme piscina está formada por una pala en forma de cuña y por un sistema de hardware y software que controlan su funcionamiento. Además incluye un sistema de retroalimentación automática que permite eliminar los efectos distorsionadores del retorno de las olas.
Técnicamente, el sistema está soportado por un PC que envía la señal a la paleta. Esta paleta funciona porque existe una diferencia de presión del aceite entre ambos lados, que se origina a través de unas servoválvulas. A nivel de software, el control se realiza a través de programas escritos en C, y parte de éstos se encuentra en microchips. El desarrollo ha sido realizado por el laboratorio británico Hidrolic Research, mientras el LIM se ha encargado de la parte de generación y análisis de series de olas. Es decir, dada la energía de oleaje se puede generar un tren de olas que existiría en el lugar a simular.
De un PC a un superordenador
Según Agustín Sánchez, director del LIM, este canal es el tercero de Europa en cuanto a tamaño y a prestaciones informáticas. Pero el sistema va a evolucionar: otros canales con mayor antigüedad ya han adquirido la suficiente experiencia que todavía requiere el LIM para cubrir las demandas. El canal alemán estuvo diez años experimentando desde que lo construyeron hasta que fueron competitivos, asegura Sánchez. Trabajar con un PC no supone ningún problema, según el director del LIM. Hasta ahora, este laboratorio realizaba el modelado numérico mediante PCs o un MicroVAX y está conectado a los superordenadores del CESCA (Centro de Supercomputación de Catalunya). El canal no va a necesitar nunca tantos recursos de ordenador. Con un PC o una workstation, como mucho, va a ser suficiente. Los modelos hidrodinámicos que pueden reproducir el campo de velocidades instantáneo de este tipo de secciones se conocen como refinados o con cierre turbulentos. Según las dimensiones con las que se trabaje requiere mayor capacidad de máquina. Cuando se ha trabajado en el VAX se han requerido muchas horas de cálculo, es muy lento para el tipo de software que utilizamos. Por ello nos conectaríamos al CESCA, para poder trabajar en paralelo: modelo físico contra modelo numérico calibrando el numérico con los datos y mejorando la física que intenta resolver el modelo matemático a través del conocimiento directo de los ensayos realizados, explican investigadores del LIM.
El canal LIM está dirigido fundamentalmente a la Administración Pública, debido a que posee la mayor parte de las responsabilidades sobre la costa española, y a las grandes empresas constructoras. Un canal de estas dimensiones no está pensado para un promotor de un pequeño puerto deportivo.
El tamaño del CIEM, cercano al de la naturaleza, es importante porque permitirá simular el comportamiento del mar sin tener que aplicar las correcciones que se han de efectuar en escalas inferiores. En los canales pequeños es difícil obtener resultados cuantitativos fiables y se limitan a análisis cualitativos, que se pueden obtener más fácilmente por modelización numérica.
Mediante el nuevo canal, el LIM realizará estudios de transporte transversal de sedimentos, investigaciones relacionadas con obras costeras de mar abierto, para analizar su impacto físico y determinar los esfuerzos hidrodinámicos, la interacción fluido-estructura, etc. También elaborará estudios ambientales, como la dispersión de trazadores en la zona de rompientes y la optimización de difusores de emisarios submarinos, y análisis de la circulación y características de las olas en los rompientes de las playas.
En estos momentos este laboratorio ha iniciado diversos proyectos de investigación y ensayos para distintos organismos interesados en hacer investigación básica y aplicada y en el desarrollo tecnológico. Uno de ellos es el Puerto Autónomo de Barcelona, que quiere optimizar el diseño del dique del Este, y otro se realiza conjuntamente con una red de laboratorios europea. El LIM se encarga de hacer ensayos estructurales, hidrodinámicos y algunos ambientales. También podría investigar la optimización del sistema de flotadores que se utilizan para evitar la expansión del petróleo en el mar, e incluso para diseñar jaulas de piscifactorías específicas para el mar Mediterráneo. No funcionan demasiado bien las barreras flotantes para contener el petróleo, que dejan salir parte del crudo. En el canal se podría intentar optimizar ese diseño desde un punto de vista hidrodinámico, asegura el director del LIM. El petróleo, un contaminante flotante, no es fácil de estudiar porque no se mezcla fácilmente con el agua y sufre procesos más complejos de degradación por acción solar o bacteriana. El objetivo sería diseñar una estructura flexible que impidiera el paso del petróleo en un amplio rango de condiciones de oleaje. El problema es conseguir introducir y extraer el petróleo fácilmente del canal.
El sistema funciona del siguiente modo: una vez se escoge el oleaje que se desea generar se le da al ordenador las órdenes precisas y la pala se empieza a mover. Dentro del canal se encuentran unos sensores que miden que lo que se está generando es realmente lo que se quería: así con olas de 1,6 metros de altura- el máximo posible en este canal- se puede observar cómo afectan a la estructura instalada al otro extremo de la pala: cómo se mueve, las presiones que ejerce o los movimientos que induce. Los sensores instalados en el canal miden la resistencia del agua y envían una señal analógica al ordenador, en donde una tarjeta lo convierte en digital. También hay sensores ópticos, con los que se obtienen perfiles de la posición de la arena. Los usos del canal son variados: por ejemplo, someter un perfil de playa a estas olas. De esta manera se puede comprobar lo que tarda en erosionarse, dónde va la arena, si se coloca una estructura queda más sujeta, etc. Aplicado a ingeniería civil, tiene una utilidad muy clara: al alimentar artificialmente la costa se obtiene la pendiente que se le debe dar, el tamaño de sedimento a poner y, sobre todo, si instalar una estructura sumergida puede ayudar a rellenarlo en un mayor período de tiempo.
El laboratorio prevé realizar diferentes tipos de ensayos distintos, como los estructurales (que buscan optimizar el diseño de obras de ingeniería costera, como los rompeolas). En este tema se puede trabajar sobre la unidad o bloque que compone la estructura como optimizar el diseño de la geometría de una sección en particular. Los ensayos son bidimensionales en plantas, pero para otras estructuras como pilas, cilindros o patas de una plataforma son tridimensionales. Para ello se coloca en el eje de simetría del canal la estructura que se quiere ensayar. Otras aplicaciones son las hidrodinámicas, que buscan estudiar la física de los procesos involucrados particularmente en la zona de rompientes: características del oleaje, tipos de rotura, la hidrodinámica asociada al flujo, el campo de corrientes inducido, etc., con aplicaciones directas a dos campos: transporte transve
