Existen una gran cantidad de equipos electrónicos que se utilizan para la navegación en todo tipo de barcos. Entre ellos están el GPS, el radar, el plotter o carta electrónica, los equipos de radiocomunicaciones y la sonda. La mayoría de estos equipos se inventaron a principios del siglo pasado y, aunque han ido recibiendo muchas mejoras a lo largo de estos años, las bases de su funcionamiento siguen siendo las mismas.
Uno de estos equipos inventados durante la primera mitad del siglo pasado que sirven para facilitar la navegación y permiten obtener datos del entorno que rodea a la embarcación es el sonar. Desde nuestra escuela náutica en Barcelona a continuación explicaremos qué es un sonar, cómo funciona el sonar, qué ondas utiliza y como se usan para explorar el fondo marino.
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Qué es un Sonar
Un sonar es un equipo electrónico que permite detectar los objetos cercanos a una embarcación que se encuentren dentro del agua mediante el uso de ultrasonidos. Con un sonar se pueden detectar tanto los objetos que estén flotando en el agua, como embarcaciones, como los que estén sumergidos, incluyendo los submarinos, los peces y el fondo marino.
El nombre sonar proviene de las siglas en inglés de SoundNavigation and Ranging. Por lo tanto es un sistema que utiliza el sonido para prestar una ayuda a la navegación mediante la detección de objetos y la determinación de la distancia a la que se encuentran.
Esto permite que el sonar tenga una gran variedad de usos, por ejemplo en la pesca o en la detección de la forma del fondo marino. También tiene muchas aplicaciones en el ámbito militar, para el cuál fue inventado en un principio, de igual forma que la mayoría de los equipos electrónicos que disponen hoy en día los buques civiles.
Algunos de los usos militares son el sonar submarino, o sonar antisubmarino, que permite detectar el ruido que producen las vibraciones de los motores de los submarinos o detectarlos por el rebote de las ondas sonoras enviadas desde el mismo sonar; las comunicaciones subacuáticas a través de ondas de sonido; los torpedos y minas sonar, que pueden detectar su objetivo y dirigirse hacia él; etc.
Algunos usos civiles para los barcos con sonar son las aplicaciones pesqueras usadas para detectar los bancos de peces, que además de su posición permiten saber el tipo de peces y la cantidad de los mismos; la sonda, que permite conocer la profundidad del fondo marino; existen correderas que permiten calcular la velocidad de movimiento del buque gracias al efecto Doppler, al cambiar la frecuencia del sonido transmitido al recibido; arqueología subacuática para detectar pecios; cálculo de la topografía del fondo marino o de su composición o biomasa; seguimiento de especies marinas mediante sensores que se les colocan; detección de icebergs; etc.
Cómo funciona el Sonar
El funcionamiento básico de un sonar es bastante sencillo, aunque el diseño de los componentes y los cálculos para su programación puedan ser muy complejos. Tal como se puede apreciar por la similitud del nombre que se le da, hay mucha relación entre el sonar y el sonido.
El sonar consta de un transductor capaz de transformar señales acústicas transmitidas a través del agua del mar en electricidad, o señales eléctricas, y viceversa. Con este transductor se reciben los sonidos que se transmiten a través del mar, pudiendo ser los procedentes de un motor de otro buque, los producidos por animales acuáticos o el eco del sonido producido por el mismo transductor.
Si después esa señal es procesada, se puede reproducir a través de un altavoz, permitiendo al operario escuchar los ruidos que se transmiten a través del agua, pero también se puede procesar para obtener otra información.
Cuando el transductor se pone en marcha emite un impulso de sonido a través del agua. Estas ondas se transmitirán a través del agua, pero al encontrarse con un objeto sólido van a rebotar en él. Una vez transmitido el impulso, el transductor se mantiene a la escucha durante un periodo determinado. Si el transductor recibe el rebote de la onda que ha enviado, calculando el tiempo que ha tardado en llegar el rebote se podrá saber a qué distancia se encuentra el objeto.
Un transductor básico será omnidireccional, lo que significa que enviará la onda en todas las direcciones simultáneamente. Esto quiere decir que solamente se podrá saber la distancia a los objetos, pero no su dirección. Sin embargo, el transductor se puede modificar para que la onda se envíe solamente en una dirección. De esta forma, se detecta si hay un objeto en una dirección determinada, después se reorienta el transductor y se repite la operación en todas las direcciones. Así se puede detectar la dirección en la que se encuentran los objetos, además de su distancia.
Este funcionamiento es muy similar al del radar, por esto a veces se define este tipo de sonar como sonar radar. El radar localizador de barcos funciona de la misma forma. Consta de una antena que transmite una onda electromagnética a través del aire en una dirección concreta y detecta el rebote de la misma en los objetos, calculando, según el tiempo del rebote, la distancia a la que se encuentran. Tras repetir el mismo proceso en todas las direcciones puede dibujar una imagen en una pantalla que representa la superficie del mar, dibujando los objetos detectados sobre ella.
¿Qué tipo de onda usa el sonar?
El sonar usa ondas de sonido para realizar su función. No se pueden usar las ondas electromagnéticas que utiliza el radar, ya que no se transmiten a través del agua. En cambio el sonido sí se transmite muy bien bajo el agua y también rebota en los objetos sólidos, por lo que resulta bastante útil para este cometido.
Se pueden utilizar diferentes frecuencias según qué tipo de sonar se utilice, o dependiendo de la función que se quiere realizar con el sonar variando normalmente entre 20 Hz y más de 300 kHz. Las frecuencias más altas permitirán una mejor precisión para determinar la forma de los blancos que se detecten o para detectar blancos más pequeños, por ejemplo para detectar la presencia y cantidad de la biomasa del fondo marino. Las frecuencias más bajas permiten un mayor alcance e incluso pueden penetrar parcialmente en el fondo marino, permitiendo barrer zonas mayores e incluso determinar las características de las capas superficiales del fondo marino.
Independientemente de la frecuencia, las ondas de sonido se propagan a una velocidad aproximadamente constante. La velocidad del sonido depende del medio por el que se propaga, principalmente de su densidad y su temperatura. A mayor temperatura mayor será la velocidad de propagación y a mayor densidad también mayor será la velocidad de propagación del sonido.
Por lo tanto, la velocidad de propagación a través del agua variará en función de la temperatura, la salinidad y la profundidad. Sin embargo, el valor estándar que se usa como referencia son 1500 metros por segundo, siendo bastante superior a la velocidad del sonido en el aire, que se considera con un valor estándar de 343 metros por segundo.
Una vez conocida la velocidad de propagación, utilizando una ecuación sencilla se puede medir la distancia a la que se encuentra el objeto:
D es la distancia del objeto en metros. V es la velocidad de 1500 metros por segundo y T es el tiempo en segundos que tarda en llegar el rebote del sonido. Se tiene que dividir entre dos porque el eco tiene que ir hasta el objetivo y luego volver.
¿Cuántos tipos de sonar existen?
Aunque existen muchos modelos diferentes, que usan por ejemplo frecuencias diferentes según el uso que se quiera dar al sonar como se ha explicado antes, o también pueden usar diferente potencia según el alcance que se quiera obtener, todos estos modelos se pueden clasificar en unos pocos tipos principales.
Primero se podrían clasificar por su direccionalidad. Es decir, hay algunos sonares que no permiten detectar la dirección de procedencia del sonido, que pueden servir por ejemplo para detectar la presencia o no de cetáceos, peces o embarcaciones. Otros podrán detectar la dirección horizontal de procedencia del sonido, por ejemplo para realizar búsquedas de minas, embarcaciones u otros objetos en la superficie. Finalmente otros podrán detectar también la dirección tridimensional, permitiendo realizar un mapa del fondo marino, por ejemplo.
Sin embargo, la clasificación más importante sobre los diferentes tipos de sonar es la que los divide según si son pasivos o activos. Los sonares pasivos son conocidos como hidrófonos, y se tratan simplemente de una especie de micrófono submarino, que solamente detecta sonido, pero no lo emite. Estos solamente podrán detectar la dirección del sonido, pero no la distancia a la que se encuentra la fuente de emisión. Por el contrario un sonar activo también tiene un transmisor que permitirá enviar ondas de sonido que produzcan rebotes o ecos en los objetos, permitiendo conocer su dirección y también la distancia a la que se encuentran.
Reconocer el fondo del mar con una sonda
No hay muchas embarcaciones civiles que dispongan de sonar instalado, a parte de las dedicadas a investigación o búsqueda submarina. Sin embargo, hay un equipo que sí es mucho más común encontrar a bordo y que sigue el mismo principio de funcionamiento que el sonar. Este equipo es la sonda.
La sonda permite detectar la profundidad de agua donde está navegando la embarcación. Envía una onda de sonido hacia el fondo y recibe el rebote, calculando la distancia dependiendo del tiempo que haya tardado en llegar el rebote. Al fin y al cabo se trata de un sonar, pero en lugar de usarse para localizar objetos dentro del agua, se utiliza para detectar la distancia a la que se encuentra el fondo marino.
Reconocer el fondo del mar con una sonda es una de las mejores formas de mantener una navegación segura en zonas de poca profundidad. Sin embargo hay que tener en cuenta que la sonda nos indica la profundidad que hay en el lugar donde se encuentra la embarcación, por lo que no nos permite saber la profundidad que hay alrededor de ella, por lo que sigue siendo necesario comprobar las cartas náuticas y calcular la altura de la marea para saber por qué zonas se podrá navegar con seguridad antes de poner la embarcación en peligro.
Una sonda de altas prestaciones puede permitir detectar rocas o pecios en el fondo marino, y también se puede usar en la pesca para detectar bancos de peces e incluso identificar el tipo de peces que se trata.
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