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Report
Proyecto I+D+i – Innpacto 2012
VEHÍCULO AUTÓNOMO SUBMARINO
PARA DETECCIÓN TEMPRANA DE
VERTIDOS EN LÍNEAS SUBMARINAS
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Submarino Autónomo para Detección Temprana de Vertidos
DESAFIOS Y MOTIVACIÓN
Las
instalaciones
petroleras
costeras
(monoboyas off-shore y líneas submarinas) son
lugares en los que se pueden producir fugas y
vertidos de hidrocarburos.
- El control del correcto funcionamiento de estas
instalaciones y la detección temprana de fugas,
es sumamente complicado con los medios
actuales (monitorización, buzos, sensores fijos).
- Un sistema autónomo de detección temprana
puede ser de mucho interés para evitar los daños
causados por estos vertidos.
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OBJETIVO
Desarrollo de un Vehículo Autónomo Submarino (AUV) para la inspección de instalaciones
petroleras costeras. Capaz de:
-
Realizar un recorrido establecido previamente.
Seguir las tuberías submarinas de forma totalmente autónoma.
Realizar una supervisión para la detección temprana de fugas de hidrocarburos.
Regresar a la estación de recarga cuando esté terminando la energía de sus baterías.
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OBJETIVOS SOCIO-ECONÓMICOS
Prevenir la contaminación del medio marino por derrames
de hidrocarburos durante las operaciones de carga y
descarga de productos a través de líneas submarinas.
Minimizar el tiempo de respuesta ante un derrame y
optimizar la eficacia de los medios de contención y el
tratamiento de los derrames.
Participar activamente en la I+D orientada a la prevención
de la contaminación marina, situándose en la vanguardia
de este ámbito técnico.
Favorecer la creación de empleo con la contratación de
personal cualificado.
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Fases Principales del Proyecto
Desarrollo de una Plataforma Submarina Autónoma
Los aspectos principales del desarrollo del Vehículo Autónomo Submarino (AUV) abarcan:
 Sistema Estructural. Plataforma (100m).
 Sistema de Movimiento. Propulsores, timones.
 Sistema Energético. Baterías Li-Polimero
recargables.
 Sistema de Comunicaciones.
Modem acústico, RF y Wifi en superf. (mástil)
 Estación de control. Monitorización y
planificación de la misión inicial. Recepción
de las alarmas. Para varios vehículos.
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Vehículo Autónomo Submarino (AUV) con una gran
maniobrabilidad que permita mantenerse estacionario en
una posición “hovering”.
-
No puede ser un torpedo clásico (un propulsor y
timones).
Diversas soluciones dependiendo del número de
propulsores, el uso o no de timones y de la forma
(monotubo, bi-tubo o tipo ROV).
DELPHIN
University of Southampton
IXION – Hibrido ROV-AUV
SEAOTTER - ATLAS ELEKTRONIK
Solución bi-tubo, dos torpedos en paralelo.
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Sistema de Navegación Autónoma para Guiado, Navegación y Control (GNC) I
 Sistema de replanificación dinámica.
 Sistema de NAVEGACIÓN: Recibe las señales de los sensores de a bordo del AUV.
 Sistema de GUIADO: Genera las consignas de velocidad y rumbo del AUV, y con ellas
alimenta al sistema de control.
 Sistema de CONTROL: Este en función de las trayectorias a recorrer, recibe las consignas
de rumbo y velocidad así como la orientación y la velocidad de avance. Utiliza las consignas
y el estado del AUV para decidir las acciones de timones y motores.
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Sistema de Navegación Autónoma para Guiado, Navegación, y Control (GNC) II
Este sistema de SENSORES GNC estará compuesto al menos de los siguientes elementos






IMU: Unidad de Medida Inercial, compuesto de acelerómetros, giróscopos y magnetómetros.
Sensor de Profundidad: basado en medidas de presión.
Sistema DOPPLER DVL para determinar la velocidad respecto del fondo. Reduce error IMU.
SONAR MULTIHAZ DE IMAGEN. Reconocimiento de objetos (p.ej. boyas SonarBell ).
GPS. En principio sólo como ayuda de emergencia.
USBL. Localización mediante señales acústicas. Para acercamiento a la estación de recarga.
Doppler Velocity Log (DVL)
Boya reflectora de señales acústicas SonarBell
Subsea Asset Location Technologies Ltd
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Sistema de Seguimiento de la tubería.
El software de este sistema interpretará los datos proporcionados
por varios tipos de sonar:
 SONAR PERFILADOR
Una vehículo tipo bi-tubo permite utilizar una solución de
dos sonares perfiladores gracias a la manga del AUV.
Aumenta el campo y la definición de la zona central (donde
localizará el perfil de la tubería).
Multihaz
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Monohaz
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Sistema de Seguimiento de la tubería con dos sonares perfiladores
Multihaz (I)
(solución de 2 sonar de 120º)
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Sistema de Seguimiento de la tubería con dos sonares perfiladores
Multihaz (II)
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Sistema de Seguimiento. SONAR MULTIHAZ DE IMAGEN (Imaging
sonar 2D).
 SONAR MULTIHAZ DE IMAGEN 2D
El Sonar de imagen crea una imagen sintética a partir
de los ecos acústicos.
Se aplicarán técnicas de visión computacional a estas
imágenes para el reconocimiento de objetos.
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Combinación de sonares para el seguimiento de la tubería,
reconocimiento de objetos y detección de obstáculos.
Una posible combinación de sonares sería la siguiente:
Sonar de imagen FLS
45º vertical x15º horiz.
Detección de obstáculos
Sonar de imagen. 120º Horizontal x 20º vert.
Reconocimiento de objetos:
Elementos de la tubería, boyas-señales
(Este sonar se usaría también para detección
del vertido a distancia en 1ª aprox.)
Sonar perfilador
(2 de 120º)
Seguimiento tubería
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Instrumentación Detección de Fugas (I)
La solución a desarrollar en este proyecto para resolver el problema de la detección temprana de fugas
de crudo (e hidrocarburos en general) en tuberías submarinas se basaría en el uso de tres sistemas:
Sistema acústico: interpretará los ecos del sónar de imagen 2D usado en navegación para localizar
el vertido como elemento de aproximación (detección a distancia – posible positivo, el AUV se acerca
a la zona y se mantiene estacionario).
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Instrumentación Detección de Fugas (II)
 Sistema de detección óptico basados en iluminación laser de línea azul (λ = 440 nm), led UV y en la
técnica de barrido estructurado. Se utilizarían dispositivos de visión directa no formadores de imagen
que podrán confirmar la presencia de hidrocarburo, detectando la fluorescencia emitida por el crudo al
ser iluminado.
(Confirmación de vertido – manda señal de alarma al exterior mediante modem acústico a la estación de
control).
Pruebas de Laser
Fluorescencia Hidrocarburo
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Instrumentación Detección de Fugas (III)
 Sistema de
imagen, formado por cámaras de apoyo e incluyendo una fuente de iluminación
adecuada (p.ej. LED blanco). Una vez activado el protocolo de alerta, con el objetivo de asegurar que
efectivamente se trata de un escape de la tubería, se iluminaria para obtener una imagen de la zona
afectada y analizarla con algoritmos de visión. (Análisis detallado del vertido).
Detección del vertido por visión computacional
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Detección de fallos en pernos por visión
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Investigación y Desarrollo de Estación de Recarga
para AUV (I)
Estará basado en un sistema de carga inductivo montado sobre
una estación-garaje con entrada cónica de guiado.
Se utilizarán materiales resistentes a la corrosión marina y al
ambiente agresivo del mar preferiblemente plásticos.
Al disponer el AUV de varios propulsores, puede maniobrar con
relativa facilidad en el espacio para guiarse y colocarse de
manera alineada con el eje de la estación.
Utilizará un sistema de guiado acústico USBL mediante señales
acústicas.
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Pruebas y Validación de los Sistemas
Una vez que el sistema ha sido diseñado, así como
implementado, la siguiente fase es evaluar la viabilidad del
mismo.
PRUEBAS EN SIMULACION
- Para lo cual se modelan todos los subsistemas (sensores,
entorno y vehículo) y mediante el simulador se estudian los
distintos elementos del sistema, así como el
comportamiento de los distintos algoritmos propuestos.
- Estas simulaciones se acercan a las situaciones más
realistas al incluir ruidos y perturbaciones con el fin de
analizar la robustez de los sistemas desarrollados.
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PRUEBAS EN ENTORNOS REALES
El objetivo de los experimentos es validar el sistema de navegación así como la instrumentación
y sensores.
 Primero, se están realizando pruebas con los distintos elementos integrantes del vehículo en
las instalaciones del Centro de Estudios de Puertos y Costas CEDEX- CEPYC, donde se
realizan diferentes pruebas simulando el entorno real de navegación con tubería y se están
probando los sensores de detección con vertidos reales de crudo.
Pruebas de laser y UV - Fluorescencia
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Pruebas de sonar con vertido de crudo
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PRUEBAS EN ENTORNOS REALES
Las siguientes pruebas se plantean mediante el uso de la plataforma como si fuese ROV (Vehículo
Operado Remotamente), es decir, el propio AUV pero unido con un cable, eliminando la problemática de
alimentación y comunicaciones con el fin de obtener datos y resultados para su análisis de una manera
rápida y ágil.
 Una vez completada la secuencia de pruebas en instalaciones
interiores, se procederá a realizar las pruebas de integración
en mar.
Pruebas de sonar
YellowFin Imagenex
CEDEX-CEPYC
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Otros ámbitos de Aplicación
 Inspección en zonas de extracción de crudo.
 Inspección de cables submarinos (Eléctricos y de
comunicaciones) .
Inspección de muelles e instalaciones en alta mar.
 Arqueología Marina.
 Protección de puertos.
 Actividades
de
seguridad
instalaciones submarinas.
y
protección
de
 Estudios medioambientales.
 Monitorización de ecosistemas.
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Muchas gracias por su atención
Wenceslao González-Garra
Ingeniería de Sistemas Marinos
E-mail: [email protected]
Teléfono : +34 914401833
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