SECTOR DE LA TÉCNICA.

Tecnología e instrumentación oceanográfica.

ESTADO DE LA TÉCNICA.

Actualmente, para obtener seríes temporales de larga duración, de parámetros físico-químicos del agua de mar, se utilizan boyas oceanógraficas convencionales. Las cuales están fondeadas al lecho marino, y en su obra viva, o parte sumergida, están ubicados los sensores correspondientes a la serie de parámetros que se pretende obtener.

Cualquier objeto sumergido durante periodos de tiempo en agua de mar, experimenta en su superficie exterior una rápida colonización de seres vivos, conocida como biofouling. Esta colonización inicialmente es una película, pero puede llegar a ser grandes colonias.

Los sensores son altamente sensibles a esta colonización, puesto que la zona del sensor destinada a medir, sistema óptico, tiene una dimensión de mieras, por lo que en breves periodo de tiempo el biofouling la está obstaculizando. Esto hace que disminuya la circulación de agua de mar en esa zona, produciendo con el tiempo una deriva de la señal que recoge el sensor, proporcionando datos erróneos.

El término biofouling es vulgarmente empleado para designar la adherencia y crecimiento de vida animal y vegetal sobre superficies expuestas a medios propicios para su desarrollo, como es el agua marina. Esta adherencia produce una película orgánica donde además pueden quedar retenidas partículas inorgánicas (sales y/o productos de corrosión) cuyo depósito sobre la superficie de los equipos produzca una significativa disminución del rendimiento de éstos y acortamiento de su periodo de funcionamiento.

En fondeos realizados en la Bahía de Cádiz se ha comprobado que los valores obtenidos de oxígeno disuelto en el agua de mar, han disminuido a la mitad en tan solo 10 días de muestreo, debido a la obstrucción de la zona de medida del sensor. Esto requiere la constante sustitución de los sensores obstruidos por unos nuevos, debiendo permanecer la boya fondeada. Por lo que estas sustituciones de los sensores producen un frecuente, laborioso y costoso mantenimiento de los sensores instalados en las boyas oceanógraficas convencionales.

Esta problemática ha obligado a buscar una solución que permita retrasar lo máximo posible la aparición de biofouling en los sensores, y que la sustitución de los sensores sea una labor fácil, rápida, económica y poco frecuente.

Las soluciones al problema del biofouling se han abordado de diferentes formas. Así por ejemplo, la solicitud de patente n° EP 2273251 A2, sitúa los sensores en un compartimento en la superestructura de la boya, y realiza la recogida de muestras mediante un tubo que transportaría el agua desde el mar hasta dichos sensores. La patente US 6185988 Bl, instala el sensor dentro de un estructura estanca, que se fija a una superficie, como un puntal de un muelle, un boya, etc., liberando el sensor a voluntad que se introduce en el agua en el momento de tomar las mediciones. Mientras que la patente CN 103121498 A, intenta solventar el problema del biofouling, mediante una estructura con un complejo sistema de fondeo que se introduce en el mar para tomar los muéstreos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

Los problemas existentes en las boyas oceanógraficas convencionales, vienen determinados por la aparición de biofouling en los sensores utilizados para la obtención de series temporales de larga duración, de los parámetros físico- químicos del agua de mar. Dicho biofouling empieza a aparecer desde el primer momento que se introducen los sensores en agua de mar, y en un breve espacio de tiempo, pocos días, se quedan obstruidos y reportan datos erróneos de los parámetros que están midiendo. Esto supone la necesidad de sustituir los sensores obstruidos por unos nuevos, cada pocos días. La sustitución de estos sensores, que están anclados en la obra viva de una boya fondeada en alta mar, implica la contratación de un buzo, para la sustitución de un sensor por otro, y una embarcación, con capacidad para dos personas y el equipo necesario para el buzo, que permita llegar hasta donde se encuentra fondeada la boya. Además el tiempo que se emplea para la sustitución de un sensor por otro es elevado, así que durante ese tiempo no se están reportando datos.

Todas estas necesidades, generan un elevado coste de mantenimiento de la boya oceanógrafica convencional, por lo que se hace necesario encontrar un sistema que retrase la aparición de biofouling, y que dicho sistema sea de fácil y rápida sustitución. De esta forma se reduciría el coste de mantenimiento y la obtención de seríes temporales de parámetros no se viera interrumpida.

Los sistemas que existen actualmente, están diseñados para intentar retrasar el biofouling, pero sus diseños no están teniendo en cuenta la reducción de instrumentos para retrasarlos, los costes del mantenimiento, ni la importancia de no interrumpir la obtención de la serie de parámetros.

Por estas razones esta boya está diseñada para que los sensores de medición se encuentren en uno o varios recipientes distintos a la boya fondeada. De este modo es posible sumergir solo el recipiente (boya secundaria) que contiene los elementos de medida que se desea emplear, manteniéndolo sumergido solo durante el momento de muestreo, haciendo que los elementos de medida se encuentren en contacto con el agua de mar el menor tiempo posible, retrasando notablemente la formación de biofouling sobre la superficie de los mismos. Cada recipiente además debe poseer un sistema de fácil y rápido desmontaje para que la serie de larga duración de muestreo no se vea interrumpida y no sea necesaria la contratación de un buzo y de una embarcación mayor.

Estas cualidades hacen que esta boya oceanógrafica posea unas ventajas respecto a las convencionales y las que intentan solo retrasar el fouling: - Científicas: Permite obtener serie de larga duración de parámetros físico- químicos, sin interrupción.

Económicas: El retraso de la aparición del biofouling reduce considerablemente la f ecuencia de cambio de sensores. El sistema de rápida y fácil sustitución del recipiente, donde estarían alojados los sensores, por otro pudiéndolo hacer una sola persona, reduce el importe de contratación de la embarcación, al necesitarse una menor y no es necesaria la contratación de un buzo, puesto que la sustitución de los sensores no es necesaria realizarla en la boya fondeada. Por lo tanto se reduce de forma notable el coste y la frecuencia de mantenimiento respecto a las boyas convencionales y a las que intentan solo retrasar el biofouling.

DESCRIPCIÓN DEL CONTENIDO DE LAS FIGURAS

Figura 1.- Se muestra el esquema al completo de la boya oceanográfica propuesta, donde puede apreciarse los siguientes componentes.

1. - Boya principal.

2. - Boya secundaria.

3. - Estructura de unión de boya secundaria a boya principal.

4. - Placa solar.

5. - Aerogenerador. 6.- Mástil.

7. - Señalización luminosa.

8. - Señalización de seguridad. Figura 2.- Se muestra el esquema de una de las boyas secundarias, en el que se aprecian los siguientes componentes:

2.1.- Elemento de llenado del sistema de inundación. 2.2.- Elemento de vaciado del sistema de inundación.

2.3. - Sensores.

2.4. - Eje vertical.

Figura 3.- Se muestra el esquema del sistema de sujeción de las boyas secundarías a la boya principal, en el que se aprecian los siguientes componentes:

2. - Boya secundaria.

2.4.- Eje vertical de la boya secundaría.

3. - Estructura de unión de boya secundaría a boya principal. 9.- Sistema de abrazaderas.

MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN.

El objeto de la invención, comprende una boya principal, que es la que estaría fondeada al lecho marino, y una o más boyas secundarías unidas a esta, que alojan en su interior los instrumentos de medida que servirán para la obtención de determinados parámetros físico-químicos del agua de mar.

La boya principal está compuesta por una parte sumergida que contiene un compartimento donde se aloja la instrumentación necesaria para la recogida y envío de los datos obtenidos durante el muestreo, y el equipo de almacenamiento de la energía obtenida por los generadores de energía ubicados en un mástil, que además de estos generadores aloja los elementos necesarios para la generación de señales de seguridad. Desde este mástil parten además unas estructuras para la unión de las boyas secundarías a la boya principal. Una o más boyas secundarias, que mediante la estructura de unión que parte del mástil de la boya principal permanecen sujetas a ésta.

Cada boya secundaria está compuesta por dos compartimentos, uno en cuyo interior se alojan los sensores necesarios para medir los parámetros físico- químicos requeridos del agua de mar, y otro donde está instalado un sistema que permite mediante inundación, sumergir cada boya secundaria de manera independiente a voluntad, haciendo que los instrumentos de medida entren o no en contacto con el agua de mar.

Las boyas secundarias permanece en flotación, evitando el contacto de los elementos de medida contenidos en su interior con el agua del mar, mientras estos no son usados.

Para la toma de muestras, entra en funcionamiento el sistema de inundación de la boya secundaria que contiene los elementos de medidas que se desea emplear, activándose su elemento de llenado, haciendo que al entrar agua en el compartimento, aumente el peso de la boya secundaria, consiguiendo que ésta se sumerja en el mar, hasta que los sensores estén en contacto con el agua.

Una vez transcurrido el tiempo necesario para la toma de la medida, entra en funcionamiento el elemento de vaciado del sistema de inundación, expulsando el ^ agua del interior de la boya secundaria, permitiendo que ésta emerja de nuevo, debido a la eliminación de peso, haciendo que los sensores permanezcan fuera del contacto del agua de mar hasta el siguiente muestreo.

Cada boya secundaria puede alojar en su interior los mismos tipos de sensores o distintos en cada una. En caso de alojar en cada boya los mismos tipos de sensores será posible obtener series temporales del mismo tipo desde distinta boya secundaria en distintos periodos de tiempo y conseguir que la toma de muestras continúe aun cuando un determinado sensor de una determinada boya secundaria quedara inutilizado. También es posible que los sensores contenidos en cada boya sean de distinto tipo permitiendo de este modo ampliar el número de parámetros a medir. La boya secundaria tiene instalado en su tapa superior un eje vertical. Este eje vertical, se desliza verticalmente mediante un sistema de abrazaderas que posee la estructura de unión de cada boya secundaria al mástil de la boya principal. Este sistema de abrazaderas permite la inundación y elevación de la boya secundaria, y es de rápido y fácil desmontaje, por lo que permite la sustitución de una boya secundaria por otra de forma sencilla y rápida.

APLICACIÓN INDUSTRIAL.

El objeto de la invención consiste en una boya oceanógrafica, que permite la obtención de series temporales de parámetros físico-químicos, con reducido coste de mantenimiento. Gracias a un sistema de boyas secundarias flotantes que mantienen a los elementos de medida fuera del contacto con el mar mientras éstos no son usados, se consigue retrasar la aparición de biofouling en los sensores de muestreo. Además el sistema de sujeción de las boyas secundarias a la principal permite la sustitución de las boyas secundarias de forma rápida y sencilla.