Proyecto de Colaboración Internacional
financiado por SENACYT (COL10-PP034)

El lago Gatún y el lago Madden son la fuente principal de agua para el funcionamiento del Canal de Panamá. Sin embargo, es bien conocido que el agua recolectada en estos lagos presenta una gran cantidad de materia orgánica que se puede acumular tanto en la tubería de presión de la represa de la hidroeléctrica de Madden, como en las tuberías que transportan agua a las esclusas del canal interoceánico. En este sentido, es necesario realizar un programa de inspecciones periódicas para garantizar el correcto funcionamiento de todo el sistema.

Una alternativa tecnológica en expansión, para la inspección de estructuras sumergidas lo constituyen los vehículos submarinos de operación remota. Estos representan sistemas de exploración sofisticados desde el punto de vista tecnológico, ya que incorporan sistemas de navegación, control de obstáculos y comunicación, a parte de una gama muy diversa de diferentes tipos de sensores. Cabe mencionar que existen múltiples realizaciones. No obstante, la gran mayoría de estos desarrollos están orientados para operar en mar abierto y en condiciones de buena iluminación, más no en espacios confinados, como es el caso del interior de las tuberías.

La inspección submarina de tuberías es un aspecto fundamental en la seguridad de represas. Muchas de estas inspecciones deben realizarse mientras el sistema se encuentra en operación. Esto demanda la utilización de buzos para detectar problemas en las mismas que puedan comprometer la operación correcta de las mismas. Estos buzos profesionales, usualmente corren un alto riesgo al exponerse a flujos de corrientes fuertes, ramas de árboles y otros materiales que han sido arrastrados por el agua que resultan potencialmente peligrosos. Otro aspecto importante es que los buzos que realizan la inspección usualmente no tienen el conocimiento técnico apropiado para realizar este tipo de inspecciones y pueden obviar algún detalle importante durante la inspección. En este sentido, se ha propuesto la utilización de vehículos autónomos o teleoperados para la inspección de tuberías. Sin embargo, la inspección de tuberías por vehículos submarinos no solamente es una tarea costosa, si no también, de difícil implementación.

Existen problemas importantes al operar en tuberías y espacios confinados debido a:

• Radio de giro limitado: se necesitan propulsores y tanques de lastre colocados en ciertos puntos del vehículo para mejorar la maniobrabilidad del mismo.
• Dificultad para utilizar sistemas de posicionamiento global: los sistemas que operan en mar abierto pueden utilizar boyas auxiliares con antenas para localizarse. Debido a las restricciones de espacio esto resulta virtualmente imposible dentro de las tuberías, obligando a prescindir de este sistema.
• Dificultad para utilizar brújulas electrónicas: se debe diseñar algoritmos de orientación y localización robustos frente posibles interferencias del ambiente, por ejemplo si pasan líneas de alimentación eléctrica o si se transita por tuberías de acero.

En este trabajo se propone el diseño de un prototipo de vehículo submarino de bajo costo para la inspección en las tuberías de presión de represas y las tuberías de agua que alimentan las esclusas del Canal de Panamá.

Es necesario que Panamá desarrolle no solo las capacidades humanas y técnicas para el diseño, simulación, análisis, operación y evaluación dinámica de vehículos submarinos de apoyo  para la inspecciones, sino también que logre alcanzar la capacidad técnica de proponer nuevas alternativas nacionales. Se pretende con esto incorporar y expandir una nueva línea especializada de investigación y desarrollo dentro del esquema nacional de investigación con la colaboración internacional de académicos tanto de Europa, como de Japón.
 

El vehículo submarino propuesto resultará en una plataforma muy valiosa para automatizar las labores de inspección en la Autoridad del Canal de Panamá. Lo que permitirá en un futuro, la implementación de algoritmos para el procesamiento de imágenes submarinas, lo que facilitaría sensiblemente las labores de inspección. Permitirá el desarrollo de futuras investigaciones por parte de personal estudiantil, de investigación y docente de la Universidad Tecnológica de Panamá, no solamente en el Canal de Panamá, si no en la inspección de las represas en hidroeléctricas a lo largo de toda la geografía nacional. Se prevé que el sistema desarrollado pueda ser aplicable a otros sistemas de tuberías, ductos o espacios confinados con agua. Este podría ser el caso del sistema nacional de alcantarillado de la República de Panamá, mientras el diámetro no sea mayor a 1 metro.

El impacto en la base científica técnica de país es de gran importancia, específicamente en el área de la robótica submarina y su aplicación a las labores de inspección de tuberías, que forma parte del programa de mantenimiento del canal interoceánico.

Se espera contar con un vehículo submarino apropiado para la navegación en tuberías y espacios confinados que cuente con: cámaras de vídeo, luces, un sistema de propulsión, sensores de presión, un equipo de navegación basado en sensores inerciales y un compás electrónico. Además, se propone una nueva arquitectura hardware/software que permita integrar apropiadamente la información de todos los sensores utilizados.

Adicionalmente, esta propuesta se propone fortalecer el intercambio de experiencias, documentos, información y conocimientos de investigaciones llevadas a cabo por cada una de las partes interesadas a nivel nacional, amparadas bajo el marco de los convenios de cooperación firmados existentes entre la Universidad Tecnológica de Panamá con instituciones como la Autoridad del Canal de Panamá, y con proyección internacional a través de los socios colaboradores en el Instituto de Automática Industrial bajo el Consejo Superior de Investigaciones Científicas en Arganda del Rey, España. 

Objetivos del proyecto

Objetivo General
Diseñar un vehículo submarino de bajo costo para la inspección interna de tuberías o espacios confinados con agua cuyo diámetro no sea menor a un metro.
 

Objetivos Específicos:
 

• Dr. Rony Caballero (Investigador principal)
• Dr. Víctor Sánchez (Co-investigador)
• Dr. Adán Vega (Co-investigador)
• Dr. Héctor Montes (Co-investigador)
• Dra. Aranzazu Berbey Álvarez (Co-investigadora)
• Dr. Manuel Armada (Colaborador internacional)
• Dr. Teodor Akinfiev (Colaborador internacional)
• Dr. Naomi Kato (Colaborador internacional)

Financiamiento

Este proyecto de colaboración internacional es financiado
por SENACYT (COL10-PP034)

Actividades del Proyecto

Visita de colaboración del Dr. Rony Caballero, investigador principal del proyecto de colaboración internacional "Diseño de un vehículo submarino de bajo coste para inspección de tuberías", al Centro de Automatica y Robótica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en Arganda del Rey, España.

En las fotos, el Dr. Caballero recibe, de manos del Dr. Manuel Armada (Director del CAR) y del Dr. Héctor Montes (Coordinador iberoamericano Proyecto Fortuna), el prototipo de submarino a escala para realizar pruebas hidrodinámicas, (18/mayo/2012).

Del 17-20 de octubre de 2012

A. Cogley, R. Caballero, A. Vega, A. Berbey, G.Rivas, N. Hjouj. Diseño de una estación de pruebas para propulsores submarinos. XIV Congreso Nacional de Ciencia y Tecnología al servicio de la sociedad. (APANAC). Del 17-20 de octubre, 2012. Ciudad del Saber, Panamá, República de Panamá. 2012.