Caso de estudio: Cables en misiones submarinas

Chad Murdock, ingeniero de aplicaciones, Cortland Company23 abril 2019

El programa GEOTRACES de EE. UU. Se dedica a recopilar elementos traza y sus isótopos de los océanos del mundo con fines científicos. Los entornos de trabajo oceanográficos pueden ser duros, por lo que un equipo duradero es esencial para el éxito de las misiones submarinas.

Cortland, especialista en cables electromecánicos, suministra equipos que son utilizados por instituciones de investigación de todo el mundo para ayudar a rastrear y monitorear las condiciones cambiantes de los océanos. Nuestro equipo, liderado por el reconocido biogeoquímico Dr. Greg Cutter, Profesor de Ciencias Oceánicas, Terrestres y Atmosféricas en la Universidad Old Dominion, Virginia, desarrolló una solución oceanográfica para GEOTRACES de EE. UU.

Para soportar los desafíos científicos, un cable adecuado tenía que ser no metálico para cumplir con el criterio no contaminante, ya que cualquier metal expuesto puede interferir con la calidad de la muestra de los oligoelementos, como el hierro y el zinc, en el momento en que regresan a la superficie. Una solución más liviana también permitiría un muestreo más profundo del océano, en comparación con los cables electromecánicos revestidos de metal que normalmente se usan para las campañas. Estos modelos más antiguos de cables se consideran demasiado pesados para ser montados dentro de límites de trabajo seguros cuando se bajan a profundidades de más de 5,000 metros.

Idealmente, la solución no debía tener metal expuesto, reducir el peso y desplegarse rápidamente. También tenía que ser lo suficientemente fuerte para manejar cargas variables bajo tensión debido al movimiento de la nave y ser de larga duración. El cable y el hardware conectado también tendrían que soportar más de 100 implementaciones por expedición.

El cable de Cortland se ha utilizado en más de 600 implementaciones de investigación oceánica. Sostiene de forma segura el peso de 500 kilogramos de equipo, incluido un carrusel de 24 botellas de muestra de 12 litros. A medida que se baja a través de la columna de agua a profundidades de 7.000 metros, soporta factores que incluyen temperaturas frías, flexión, ciclos de tensión, corrosión, abrasión marina, compresión e incluso el ataque de la vida marina. Debe flexionarse y doblarse para lidiar con el cabrestante, las corrientes marinas y las presiones superiores a 550 bar (55,000 kPa).

Cada cable proporciona la conexión física para la conectividad de alimentación y comunicación en tiempo real. Los diseños deben ser rigurosos y la fabricación requiere atención a los procesos detallados y comprobados.

Ganancias materiales
Los requisitos para el muestreo y monitoreo bajo el agua son diversos. Los proyectos pueden incluir estudios sísmicos, estudios de vida marina y seguimiento de la contaminación. Los cables se fabrican de manera diferente a las versiones industriales generales, construidas a mano para propósitos a menudo únicos. Cabe destacar que Cortland ha trabajado con la Escuela de Ciencia y Tecnología Marinas de la Universidad de Massachusetts para producir un cable coaxial eléctrico especialmente diseñado para realizar un censo de vieiras en el Atlántico, y con la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica para reducir la infraestructura de despliegue y los costos para Boyas de alerta de tsunamis. Ambos proyectos necesitaron cables que no estaban disponibles comercialmente para proporcionar la protección, precisión y durabilidad requeridas.

De archivo: Cortland

Para GEOTRACES de EE. UU., Cortland diseñó, fabricó y suministró un cable Vectran de 14 mm para la aplicación de investigación oceanográfica en aguas profundas. El uso de Vectran, una fibra sintética de alto rendimiento, proporcionó las propiedades de alta resistencia, de baja elasticidad y flexibilidad necesarias como elemento de resistencia del cable.

Dentro del núcleo, Cortland suministró cableado eléctrico y de comunicaciones con la capacidad de transmitir señales a través de profundidades oceánicas. Alrededor de toda la construcción del cable había una cubierta exterior de poliéster extruido resistente a la abrasión.

Los materiales utilizados fueron fuertes, pero ligeros y flexibles. El revestimiento exterior era lo suficientemente resistente para manejar la cubierta y la actividad de sobreborde en el barco, y para resistir el daño potencial de los cambios de temperatura, los ciclos de tensión y la luz ultravioleta.

Estos elementos de protección permitieron señales ininterrumpidas entre la superficie y el carrusel para un monitoreo crucial de datos en tiempo real. US GEOTRACES podría controlar la temperatura, la presión, la conductividad y otros parámetros detectados durante todo el proceso de descenso, y disparar las botellas de muestra durante el ascenso. La versión sintética de Cortland fue diseñada para tener todas las funcionalidades y capacidades de las alternativas de cables de acero, pero con un peso mucho más liviano, al tiempo que elimina la contaminación por metales.

Un uso futuro
US GEOTRACES ha logrado la capacidad de bajar el carrusel más profundo que nunca sin problemas de peso. Los investigadores pueden recolectar más muestras más rápido y prácticamente no hay riesgo de contaminación de los componentes metálicos expuestos.

La organización ahora ha utilizado el cable personalizado para docenas de misiones, en regiones tan diversas como el Ártico hasta las aguas tropicales de la Polinesia. Se ha demostrado que es ideal para las expediciones, que se realiza cada dos años desde 2008. Está previsto que se vuelva a desplegar en 2021. Actualmente se utilizan cables casi idénticos en China, Alemania, India y la Antártida.

Hemos aprendido a través de la experiencia que los cables utilizados en entornos submarinos dinámicos deben diseñarse y fabricarse de forma personalizada para los entornos hostiles específicos con los que se encuentran nuestros clientes. Las propiedades de los miembros de fuerza sintética y las chaquetas exteriores pueden marcar la diferencia en las expediciones científicas, en particular las que se realizan en marcos a largo plazo en lugares remotos y con grandes gastos. Nuestros equipos pretenden ser una parte extendida de estas misiones y también estar orgullosos de sus éxitos.

Sobre el Autor


Chad Murdock es ingeniero jefe de aplicaciones en Cortland Company. Gestiona las relaciones con cuentas clave estratégicas en una amplia variedad de industrias para proporcionar soluciones de cables electromecánicos personalizados de alta ingeniería. Chad tiene experiencia en el diseño, la fabricación y la prueba de productos mecánicos para aplicaciones de cable personalizadas que van desde la investigación oceanográfica hasta la industria aeroespacial. Impulsado por la experiencia técnica y un enfoque de resolución de problemas, proporciona soluciones innovadoras y soporte a clientes de todo el mundo. También ha sido fundamental en la promoción de componentes de elementos de resistencia sintética como parte de soluciones de cable en lugar de acero, proporcionando los beneficios de resistencia a alta temperatura, alta resistencia a peso, excelente resistencia a cortes, baja conductividad eléctrica y baja interferencia, bajo estiramiento y buena resistencia química.