ADAN: Sistema Adquisición Analógica Nave de Ensayos en Modelo Físico

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Fotografia modelo físico

Introducción

Dentro del CEDEX, el Centro de Estudios de Puertos y Costas es la organización especializada en tareas de asistencia técnica, investigación y desarrollo tecnológico en materia de puertos, costas, estuarios e ingeniería marítima en general. Entre sus campos de especialización podemos citar: experimentación portuaria, maniobra de buques, estructuras marítimas, dinámica litoral, monitorización, defensa de costas, adquisición de datos, clima marítimo, hidráulica computacional, ingeniería de sistemas, medio ambiente litoral, e instrumentación.

Descripción preliminar.

La simulación se ha convertido en una herramienta muy valiosa en la etapa de diseño y evaluación de cualquier sistema complejo. Utilizamos diferentes técnicas de simulación, numérica y física, pero siempre basadas en la construcción de un modelo que representa el sistema real, y que permite reproducir las situaciones que se dan el mundo real bajo ciertas condiciones. Nuestro proyecto se enmarca en el ámbito de estudios portuarios y simulación con modelo físico. Para ello se construye una reproducción a escala del sistema real (puerto, zona costera de influencia y buques), haciendo algunas simplificaciones y prestando atención a las magnitudes más representativas. Sobre este modelo llevamos a cabo los ensayos de agitación y de barcos atracados bajo determinadas condiciones climáticas (oleaje y viento), de forma que se puede estimar la bondad del diseño de forma previa a su construcción, y también proponer modificaciones si procede.

Escenario de los ensayos.

Ensayar las diferentes situaciones sobre el modelo físico, consiste en generar las condiciones climáticas deseadas y realizar mediciones sobre las diferentes variables del sistema. Por tanto, el escenario utilizado para los ensayos seguirá en gran parte el esquema general de un sistema de medición informatizado, como se muestra en la figura 1. Para analizar este escenario podemos dividirlo en dos subsistemas, uno que sería el subsistema de medición y otro que sería el generador de condiciones climáticas.

En el subsistema de medidas los sensores varían según la variable bajo medición. Utilizamos sondas eléctricas resistivas o capacitivas para medir variaciones del agua, sensores láser para medir los desplazamientos y movimientos de los buques, extensómetros para medir las fuerzas en amarras y defensas, también se usan dinamómetros, inclinómetros, acelerómetros, etc. Estos sensores proporcionan unas señales eléctricas que deben ser acondicionadas (amplificación y filtrado), antes de conectarse al sistema de medida. Y en nuestro caso, el sistema informático realiza el muestreo y cuantificación de las señales, y también las funciones de control y almacenamiento. En el subsistema de generación es el sistema informático el que genera las señales de control. Estas señales controlan los actuadores mecánicos, hidráulicos, o eléctricos, que simulan el viento conectados directamente a los buques, o generan el oleaje mediante el movimiento de las paletas.

El sistema informático.

El sistema informático sobre el que instalamos la aplicación desarrollada es un ordenador con los siguientes componentes Hardware y Software: procesador Pentium D 3.20 GHz, RAM 2GB, tarjeta PCI NI PCI-6225, base NI-9172 y módulos DAQ NI-9215 y NI-9263, SO Windows XP profesional SP2, Measurement & Automation Explorer (MAX), LabVIEW Run Time (7.1, 8.0.1 y 8.2.1), NI–DAQmx Device Driver, otros paquetes (NI Signal Express, IVI Compliance Packages, NI Spy, NI USI, NI VISA, NI PAL).

Aplicación desarrollada.

La aplicación se ha desarrollado completamente en LabView y se ha diseñado siguiendo los principios de programación dirigida por eventos. Prácticamente se han conseguido cumplir todas las especificaciones recogidas en la fase de análisis, prestando especial relevancia al interfaz de usuario y facilitando así la posterior implantación del sistema. Una vez en ejecución, el programa permite al usuario elegir entre varias opciones: comenzar y cancelar un ensayo y la correspondiente adquisición de datos, generando o no oleaje y viento; realizar y cancelar una calibración de los sensores, midiendo el nivel medio de la señal procedente de cada sensor con el sistema en reposo; y cargar los datos de un ensayo realizado anteriormente. Como la información necesaria para especificar un ensayo puede alcanzar un volumen considerable, según condiciones climáticas y número de sensores utilizados, la aplicación puede leer toda esta información desde ficheros de configuración. Pudiendo el usuario además cambiar cualquier parámetro en tiempo de ejecución antes de comenzar el ensayo. Se permiten hacer cambios de forma individual o en bloque de parámetros, incluido el directorio de trabajo donde se guardan los ficheros de configuración y los resultados.

La figura 2 muestra la ventana principal de la interfaz de usuario, construida según especificaciones, que permite controlar la ejecución de las funciones y ver en el panel gráfico las formas de ondas generadas por los sensores. Además el usuario puede seleccionar las señales que desea mostrar, de forma individual o por grupos. Y también activar cursores dentro del panel gráfico, navegando sobre las señales y mostrando la posición de cada cursor en los ejes de ordenadas y abscisas.

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