Simulaciones en laboratorio impulsan estudios de navegación en ríos brasileños

¿Puede un río caber dentro de un laboratorio? A escala reducida, la respuesta es sí. De esta forma, investigadores del Instituto Nacional de Investigaciones Hidroviales (INPH), vinculado al Departamento Nacional de Infraestructura de Transportes (Dnit), estudian el movimiento del agua y el paso de convoyes por tramos con curvas y corrientes fuertes.

Con impresión 3D, inteligencia artificial y simulaciones, el equipo busca identificar dificultades de navegación y evaluar soluciones orientadas a la seguridad y eficiencia de las hidrovías.

Actualmente, el equipo del INPH trabaja con dos modelos de tramos que presentan curvas y corrientes fuertes. Uno está en fase de evaluación y ensayos; el otro, en la etapa final de construcción, antes de la calibración. Ambos fueron concebidos para estudiar condiciones que pueden dificultar el paso de convoyes formados por barcazas y empujadores.

Imagine un convoy de barcazas cargadas de soja acercándose a una curva del río. Si una corriente lateral empuja las embarcaciones, la maniobra puede volverse más difícil. En el laboratorio, los investigadores reproducen esta situación a escala y observan cómo se comporta el convoy en diferentes condiciones. Las pruebas ayudan a identificar dificultades de paso y a evaluar medidas para hacer la navegación más segura.

Reproducir un río exige más que copiar la forma del lecho y las orillas. Para que las pruebas sean útiles, el agua también debe comportarse en el modelo de manera similar a la observada en la naturaleza.

Para ello, los investigadores utilizan la ley de semejanza de Froude, principio que permite reproducir, a escala, fenómenos hidráulicos relacionados con la velocidad, el caudal y las fuerzas ejercidas por el agua.

Después de la construcción viene la calibración, etapa en la que las mediciones obtenidas en el laboratorio se comparan con datos recolectados en el río para verificar si el modelo representa adecuadamente las condiciones reales.

Con esta correspondencia establecida, el equipo puede realizar ensayos y observar cómo las corrientes influyen en la trayectoria de las embarcaciones. Los resultados ayudan a reconocer puntos que exigen mayor atención durante el paso y la maniobra de los convoyes.

La construcción de un modelo comienza con un levantamiento topobatimétrico, que registra las características del terreno por encima y por debajo del agua. A partir de esta información, los investigadores crean un "gemelo digital", representación virtual detallada del tramo estudiado.

Esta versión digital se divide en partes, se imprime en 3D y se monta en el laboratorio como un gran rompecabezas. Según el Instituto, la manufactura digital reduce el tiempo de construcción y aumenta la precisión del modelo físico, permitiendo errores inferiores a un milímetro en la construcción.

La unidad utiliza recursos de manufactura digital desde 2022, incluso en proyectos de espigones y estructuras de protección costera. La impresión 3D amplía esta experiencia en los estudios hidroviales, al transformar datos recolectados en el río en piezas que pueden ser montadas y probadas.

Antes y durante los ensayos físicos, programas de modelado numérico permiten evaluar diferentes escenarios y condiciones hidrológicas. Los análisis consideran series históricas de la Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA). Programas de diseño asistido por ordenador, conocidos como CAD, también se utilizan en la creación del gemelo digital.

En el laboratorio, cámaras de rastreo por infrarrojos acompañan el flujo del agua y la trayectoria de convoyes reproducidos a escala. Los registros ayudan a los especialistas a observar dificultades de paso y de maniobra bajo diferentes condiciones.

Las informaciones recolectadas en el río, en los modelos físicos y en las simulaciones se reúnen en un simulador de maniobras. La herramienta permite evaluar, en tiempo real y en ambiente virtual, las condiciones de navegabilidad en diferentes escenarios.

Cada medición, simulación y ensayo produce datos que necesitan ser organizados y analizados. De acuerdo con el INPH, recursos de inteligencia artificial, en la forma de inteligencia computacional aplicada, auxilian en el análisis, validación y catalogación de estas informaciones a lo largo de la investigación.

Las herramientas ayudan a comparar resultados, pero la interpretación de los datos y la evaluación de las alternativas corresponden a los especialistas. Es la combinación entre tecnología y conocimiento técnico lo que permite comprender mejor las dificultades encontradas por las embarcaciones y estudiar posibles soluciones.

Al reproducir tramos de ríos en el ordenador y en el laboratorio, los investigadores pueden investigar cómo una corriente afecta una maniobra y probar diferentes condiciones de paso. Este conocimiento ofrece soporte técnico a decisiones orientadas a una navegación más segura y eficiente.