Liberación acústica

Un dispositivo de liberación acústica es un dispositivo oceanográfico para el despliegue y posterior recuperación de instrumentación del fondo marino, en el que la recuperación se activa de forma remota mediante una señal acústica de comando . ^{[ 1 ]}

Un sistema de liberación típico consta del hidrófono (véase la tapa gris oscuro en la figura), la carcasa de la batería (cilindro gris largo) y un gancho (rojo) que se abre para liberar el ancla mediante un motor eléctrico de alto par.

• Fase de despliegue: El conjunto de instrumentos se deja caer al fondo marino. Los componentes principales del conjunto son el peso del ancla , que permite que el conjunto se hunda y permanezca firmemente en el fondo marino; el dispositivo de liberación acústica , que puede recibir comandos remotos de la estación de control para soltar el peso del ancla; el instrumento o carga útil, que se desplegará y posteriormente se recuperará; y un dispositivo de flotación , que mantiene el conjunto en posición vertical en el fondo marino y, al finalizar el despliegue, le permite regresar a la superficie.
• Fase operativa: El conjunto de instrumentos se encuentra en el fondo marino. Esta fase puede durar desde minutos hasta varios años, según la aplicación. En esta etapa, el conjunto de instrumentos suele estar desatendido, realizando sus observaciones o tareas.
• Fase de recuperación: Durante esta fase, la estación de control emite una orden acústica. Esta estación suele estar ubicada en una embarcación, pero también puede ser un dispositivo operado por un buzo o montado en un ROV (vehículo operado por control remoto). Tras su recepción y verificación, la señal acústica activa un mecanismo que suelta el peso del ancla . El resto del equipo de instrumentación es transportado a la superficie por el dispositivo de flotación para su recuperación.

Los primeros usos de liberaciones acústicas para oceanografía se documentan en la década de 1960, ^{[ 2 ]} cuando se reconoció que las corrientes oceánicas profundas podían medirse con mayor precisión con instrumentos instalados en el fondo marino que con instrumentos a bordo de los barcos. Un método obvio de recuperación era el uso de una boya marcadora de superficie conectada al instrumento del fondo marino, pero en zonas de mucho tráfico marítimo o con presencia de icebergs, esto resultaba problemático. La liberación acústica se convirtió en un método para solucionar ese problema, permitiendo que los medidores de corriente permanecieran sin supervisión en el fondo marino durante semanas o más, hasta que el buque de investigación regresaba y activaba la liberación del instrumento mediante comando remoto, permitiendo que flotara hasta la superficie. En el libro Oceanografía física descriptiva , los autores Pickard y Emery describen vívidamente la fase de recuperación:

Al regresar a la ubicación general del amarre desplegado, el científico reactivará el sistema acústico del mecanismo de liberación y lo utilizará para localizar mejor el amarre y asegurarse de que esté listo para su liberación. Cuando esté listo, se activa el mecanismo de liberación o de corte de cables y el amarre puede ascender a la superficie. Se viven momentos de tensión mientras se espera a que el amarre suba a la superficie; puede ser difícil de detectar, ya que flota a poca profundidad, por lo que suele llevar un transmisor de radio y una luz para facilitar su localización.

Actualmente, las liberaciones acústicas se utilizan ampliamente tanto en oceanografía como en trabajos en alta mar. Sus aplicaciones son variadas y abarcan desde la recuperación de instrumentos individuales hasta operaciones de salvamento. Los avances tecnológicos más recientes han dado lugar a la introducción de dispositivos más pequeños que ahora se despliegan en grandes cantidades. Por ejemplo, el Instituto Pfleger de Investigación Ambiental ha desplegado una red de 96 receptores acústicos para el monitoreo de las migraciones de peces en las Islas del Canal de California , utilizando liberaciones acústicas para recuperar los receptores a profundidades de buceo a intervalos regulares para la descarga de datos y el mantenimiento. ^{[ 3 ]}

Un elemento fundamental de cualquier sistema de liberación acústica es su mecanismo de liberación. Este mecanismo abre una compuerta para liberar la línea de anclaje y el peso correspondiente, lo que permite que el conjunto, ahora flotante, ascienda a la superficie. Existen también variantes en las que una liberación de carga ligera libera una esfera de flotación, que asciende a la superficie sujeta por un cable resistente que permanece unido al instrumento. La esfera se recupera y, posteriormente, el pesado instrumento se iza a bordo mediante un cabrestante.

La función general de un mecanismo de liberación se muestra en la figura 2, utilizando como ejemplo un mecanismo de liberación con eslabón fusible, un mecanismo patentado. ^{[ 4 ]} Antes de la liberación, la palanca (A) se mantiene en la posición cerrada mediante un hilo fusible (B). Para activar la liberación, se aplica una descarga eléctrica de aproximadamente 14  kW a través del hilo fusible, lo que provoca que se funda o evapore en cuestión de milisegundos. La palanca queda entonces libre para abrirse (por la fuerza de la flotación del instrumento), liberando el ancla u otra línea de liberación (C).

El objetivo de diseño de los mecanismos de liberación es lograr la máxima fiabilidad, a la vez que se ofrece una capacidad de carga adecuada. Estos mecanismos pueden fallar debido a la bioincrustación o la corrosión, que pueden afectar el movimiento de sus componentes. Los diseñadores intentan contrarrestar estos fallos minimizando el número de piezas móviles susceptibles de atascarse o aplicando un par de torsión elevado para superar la resistencia. Sin embargo, también pueden producirse fallos debido a factores de uso y del entorno, como el aparejo y las corrientes o marejadas, que pueden provocar el enredo del dispositivo.

Las aplicaciones de los dispositivos de liberación acústica pueden variar sustancialmente, por lo que estos se diseñan y seleccionan para que se ajusten de la mejor manera a los requisitos de cada trabajo. Las características comunes de diseño y selección son las siguientes:

Alcance y fiabilidad de la transmisión acústica: Las transmisiones de comandos acústicos se utilizan para emitir la orden de liberación, ya que el sonido se propaga fácilmente a través del agua. El alcance de la transmisión debe ser suficiente para llegar al dispositivo. Cada liberación se identifica mediante códigos únicos, y la cantidad y seguridad de los códigos disponibles pueden ser criterios importantes al desplegar múltiples liberaciones o en áreas donde una liberación accidental o no autorizada podría ser un problema. El sistema de transmisión de comandos para liberaciones en aguas poco profundas también debe ser resistente a la propagación por trayectos múltiples (reverberaciones o ecos), que puede corromper la señal.

Duración de la batería: Los dispositivos de liberación acústica suelen funcionar con baterías recargables o reemplazables. La duración de la batería debe ser suficiente para cubrir el período de uso previsto, más un margen de seguridad razonable. Según el modelo, la duración de la batería puede variar desde varias semanas hasta algunos años.

Estación de control: Los dispositivos acústicos de liberación generalmente se pueden controlar desde la embarcación de superficie, bajando un transductor de sonar al agua (figura 3). Sin embargo, algunos dispositivos también ofrecen la opción de montar un interrogador en un vehículo submarino como un ROV (figura 4). Si un dispositivo de liberación no emerge a la superficie, se puede desplegar el vehículo submarino y utilizar la función de alcance para localizar el instrumento atascado y recuperarlo mediante el manipulador del ROV u otros métodos.

Clasificación de profundidad: El dispositivo de liberación acústica debe soportar la presión del agua en el lugar de operación. Las clasificaciones de profundidad pueden variar desde 300 m o menos hasta la profundidad máxima del océano.

Capacidad de carga: Los dispositivos de liberación acústica están diseñados para soportar una carga máxima determinada. El uso de instrumentos de mayor tamaño generalmente requiere una capacidad de carga superior. Un dispositivo de liberación también puede tener una capacidad de carga mínima, necesaria para el funcionamiento fiable de su mecanismo.

Resistencia a fallos: Los modos de fallo de los dispositivos acústicos de liberación dependen tanto de la aplicación como del emplazamiento. Los componentes de acero inoxidable, por ejemplo, son susceptibles a la corrosión por hendidura en aguas anóxicas . Los dispositivos utilizados en aguas poco profundas son más propensos a la bioincrustación, que puede impedir el funcionamiento del mecanismo, que los utilizados en aguas dulces o profundas. Además, las aguas poco profundas son más susceptibles a las fuerzas mecánicas sobre el amarre causadas por el oleaje.

Capacidad de medición de distancia e informe de estado: Algunos dispositivos acústicos de liberación ofrecen la posibilidad de medir distancias y obtener informes de estado de forma remota. Al llegar al lugar, se puede consultar la ubicación del dispositivo y determinar su distancia. También se pueden reportar parámetros operativos como la capacidad restante de la batería o el estado del mecanismo de liberación. Esta información se puede utilizar para posicionar la embarcación de superficie sobre el instrumento y facilitar su recuperación tras la liberación, o para evaluar el estado del dispositivo.

• Amarre (oceanografía)
• acústica subacuática
• Comunicación acústica subacuática