Acelerómetros robustos para aplicaciones marinas y en alta mar

Un acelerómetro robusto es un instrumento de precisión diseñado para medir fuerzas de aceleración en entornos difíciles. A diferencia de los acelerómetros estándar, estos sensores están diseñados específicamente para resistir golpes, vibraciones, presión, corrosión y temperaturas extremas. Su durabilidad y precisión los hacen ideales para uso marítimo y en alta mar, donde un fallo del sensor puede poner en peligro los sistemas de misión crítica.

Utilizados en un amplio espectro de aplicaciones, desde buques de investigación oceanográfica hasta plataformas energéticas en alta mar, los robustos acelerómetros proporcionan datos vitales para sistemas que van desde la navegación inercial hasta la supervisión de la salud estructural. Ya estén instalados en el casco de un buque de investigación, integrados en un dron submarino o en un conjunto de sensores de una plataforma flotante, estos acelerómetros proporcionan datos uniformes y precisos durante largos periodos de vida útil.

Aplicaciones en entornos marinos y en alta mar

En el sector marino, los acelerómetros robustos se utilizan ampliamente a bordo de embarcaciones comerciales y de investigación para controlar en tiempo real el movimiento, la estabilidad y el estado mecánico. En buques y submarinos, ayudan a gestionar las vibraciones en motores, sistemas de propulsión y maquinaria rotativa, facilitando las tareas de mantenimiento y prolongando la vida útil de los equipos.

Acelerómetro MEMS 1521 de SDI.

Son igualmente vitales en las tecnologías submarinas. Los vehículos submarinos autónomos (AUV), los vehículos operados por control remoto (ROV) y los conjuntos de sonares remolcados dependen de los datos de los acelerómetros para estabilizar el movimiento, corregir la trayectoria y gestionar los sistemas de a bordo. Combinados con giroscopios en un sistema de navegación inercial, los acelerómetros proporcionan capacidad de navegación a punto muerto cuando el GPS no está disponible, una situación habitual bajo la superficie del océano.

En entornos marinos, como parques eólicos, instalaciones de gas y petróleo y equipos submarinos, estos sensores se utilizan para la supervisión estructural, la evaluación de la carga de las olas y la detección de fallos. Por ejemplo, los acelerómetros robustos pueden rastrear la fatiga de los tubos ascendentes, controlar la oscilación de las estructuras amarradas o captar los patrones de vibración durante las operaciones de perforación activas.

Al medir continuamente el movimiento dinámico, los acelerómetros también ayudan a validar los modelos de simulación utilizados en ingeniería marina y proporcionan datos críticos para el cumplimiento de las normas de seguridad y funcionamiento.

Casos típicos de uso marino

Los acelerómetros robustos están integrados en los sistemas marinos modernos, por ejemplo:

• Monitorización del estado a bordo: Se utilizan para detectar vibraciones anómalas en motores, cajas de cambios y ejes.
• Navegación submarina: Apoyan la navegación autónoma en AUVs y ROVs a través de INS cuando el GPS no está disponible.
• Sistemas de boyas y amarres: Supervisión del balanceo y el movimiento de plataformas amarradas y boyas de medición de olas.
• Monitorización estructural: Medición de tensiones y fatiga en cascos, estructuras submarinas o plataformas flotantes.
• Instrumentación científica: Utilizada en observatorios del fondo marino y equipos de prospección para compensar el movimiento.

Cómo ayudan los acelerómetros robustos a las operaciones en alta mar

Aunque no son exclusivos de la perforación en alta mar, los acelerómetros robustos desempeñan un papel crucial en la supervisión del comportamiento estructural y la integridad mecánica de las plataformas de perforación y producción en alta mar. Por ejemplo, estos sensores miden las vibraciones en las sartas de perforación, los tubos ascendentes y las bombas para identificar los primeros signos de desgaste o desequilibrio. Esto contribuye al mantenimiento predictivo y ayuda a reducir el tiempo de inactividad y el riesgo de averías mecánicas.

En las turbinas eólicas flotantes y otras plataformas de energías renovables, los acelerómetros ayudan a los ingenieros a controlar las cargas dinámicas de las fuerzas del viento y las olas, lo que sirve de base para la validación del diseño y los protocolos de seguridad operativa.

Diversos tipos para necesidades específicas

La categoría de acelerómetros robustos incluye varios tipos de sensores, cada uno optimizado para diferentes tareas marinas y de alta mar:

• Acelerómetros MEMS – Versátiles, compactos y de bajo consumo; adecuados para sistemas electrónicos marinos integrados y sistemas no tripulados.
• Acelerómetros piezoeléctricos – Ofrecen una excelente respuesta de alta frecuencia para la supervisión de maquinaria.
• Acelerómetros capacitivos – Ofrecen una alta sensibilidad para la detección de movimiento e inclinación de baja frecuencia.
• Acelerómetros triaxiales – Proporcionan datos multieje cruciales para el seguimiento del movimiento completo en sistemas dinámicos.

Cada tipo puede seleccionarse en función de factores como la gama de frecuencias, la resolución de los datos, la resistencia ambiental y los requisitos de montaje mecánico.

Acelerómetros MEMS: Compactos pero potentes

Los acelerómetros de sistemas microelectromecánicos (MEMS) son una opción popular para aplicaciones marinas y en alta mar debido a su pequeño tamaño, bajo consumo y alta fiabilidad. Estos sensores de estado sólido son especialmente adecuados para sistemas integrados en plataformas compactas, como planeadores submarinos, boyas de medición de olas o sistemas electrónicos embarcados en buques de investigación.

Los acelerómetros MEMS suelen ser triaxiales y miden el movimiento en tres ejes perpendiculares para ofrecer una imagen completa del comportamiento dinámico. Su inmunidad a golpes y vibraciones los hace ideales para su uso continuo en entornos marinos de alto impacto. También se utilizan mucho en aplicaciones de fusión de sensores, en las que se combinan los datos de varios sensores para mejorar el rendimiento del sistema.

Fusión de sensores y sistemas inerciales

Los acelerómetros robustos suelen ser componentes esenciales de los sistemas inerciales, como los sistemas de navegación inercial (INS) y los sistemas de posicionamiento inercial. En entornos en los que las referencias externas, como GPS/GNSS, no están disponibles o son intermitentes, como bajo el agua, en regiones polares o en las profundidades de embarcaciones con casco metálico, las soluciones INS proporcionan un conocimiento espacial crucial.

La fusión de sensores combina datos de acelerómetros, giroscopios, magnetómetros y otros sensores para mejorar la precisión de la navegación y la estabilidad del sistema. Esto es fundamental no sólo para el guiado de vehículos, sino también para la gestión de operaciones complejas, como la exploración en aguas profundas, la construcción submarina y el diagnóstico estructural en tiempo real.

Tratamiento e integración de datos

Los datos del acelerómetro suelen integrarse en sistemas de supervisión y control más amplios. Muchos modelos robustos ofrecen opciones de salida analógica, digital o inalámbrica para satisfacer los requisitos de los sistemas marinos. A menudo, los datos se procesan en tiempo real para la toma de decisiones a bordo o se transmiten a sistemas en tierra para diagnósticos y análisis.

Los sistemas modernos suelen basarse en la fusión de sensores, combinando los datos del acelerómetro con otros flujos de sensores para mejorar la precisión y reducir la deriva. Este enfoque garantiza un rendimiento más fiable en sistemas de misión crítica.

Elección del acelerómetro adecuado para aplicaciones marinas

Al especificar un acelerómetro para uso marino o en alta mar, deben evaluarse varias características de rendimiento:

• Sellado ambiental (grado IP, resistencia a la corrosión)
• Durabilidad mecánica y tolerancia a las vibraciones
• Rango de medición y sensibilidad
• Tamaño, peso y facilidad de integración
• Compatibilidad de la salida de datos (por ejemplo, digital, analógica, CAN)
• Compatibilidad con la fusión de sensores y los sistemas inerciales

La selección del modelo adecuado depende de la plataforma, la duración de la misión y las necesidades específicas de medición.