El número de contenedores embarcados en el mar se ha multiplicado aproximadamente por diez en los últimos decenios, y la capacidad actual de transporte de contenedores de la flota mundial de buques portacontenedores ha superado los 20 millones de TEU.

Se estima que el número de contenedores transportados por agua es de 6 a 7 millones en un momento dado. Un número marginal de estos contenedores nunca llega al puerto de destino.

Las cifras exactas son difíciles de evaluar, pero se estima que el número total de contenedores perdidos en el mar es de aproximadamente 1.500 por año. La mayoría de estas pérdidas están asociadas a incidentes importantes en los que se pierde un gran número de contenedores en un solo incidente. Sin embargo, en la mayoría de los incidentes, sólo un pequeño número de contenedores se ha caído del buque.

Los contenedores perdidos en el mar pueden tener graves consecuencias para la seguridad de la navegación cuando se dejan a flote en la superficie del mar o en el fondo marino en aguas poco profundas. Además, el impacto ambiental puede ser grande, especialmente cuando se transportan cargas peligrosas.

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Los incidentes históricos han dado lugar a una serie de respuestas de la industria, y se aplican varias medidas preventivas a nivel internacional. Se ha prestado notable atención a los métodos de sujeción de los contenedores y a la medición del peso de los mismos, en los que se aplican reglamentos adicionales para reducir los riesgos.

La mayoría de las pérdidas de contenedores están asociadas a condiciones climáticas adversas, por lo general en combinación con otros factores. Si el buque no se mueve en las olas, un contenedor no se caerá, pero cuando el buque se expone a condiciones meteorológicas adversas, cada contenedor individual está sujeto a fuerzas sobre el mismo y sus amarres y puede conducir al fallo de los amarres o al colapso de la estructura del contenedor. En tales condiciones, aunque un contenedor no se pierda en el mar, la carga dentro del contenedor puede sufrir daños considerables.

Las fuerzas que se ejercen sobre un contenedor están relacionadas con la masa y las aceleraciones del mismo. La masa o el peso se pueden medir fácilmente y no cambiarán durante el viaje, pero las aceleraciones varían constantemente. Se distingue principalmente entre los componentes verticales y los componentes laterales de las cargas y las aceleraciones. En nuestro contexto, vertical y lateral es relativo al buque. Cargas verticales demasiado altas pueden llevar a un fallo estructural del contenedor. Los contenedores pueden soportar fuerzas de compresión y de corte hasta un cierto límite diseñado. El contenedor que se encuentra en el nivel más bajo tiene el mayor riesgo de colapso debido a estas cargas inducidas por el peso de los contenedores que están encima de él.

Las cargas laterales pueden generar grandes fuerzas en los amarres o en las esquinas del contenedor e introducen el riesgo de que el contenedor se vuelque si falla un amarre. Los contenedores situados a los lados y cerca de la proa o la popa del buque están más expuestos a este riesgo.

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La segunda derivada del movimiento de balanceo con respecto al tiempo es la aceleración angular. Cuanto más lejos del eje de rotación esté el contenedor, mayores serán las aceleraciones debidas al movimiento de balanceo. Sin acoplarse a otros movimientos como el balanceo y el guiñada, el eje de rotación está en el centro de gravedad del recipiente. La aceleración es mayor para el contenedor en el nivel más alto y cerca de los lados del recipiente. La dirección de la aceleración es perpendicular al plano definido por el eje de rotación y la posición del contenedor. Por consiguiente, el contenedor con la mayor carga lateral debido a la aceleración de balanceo se encuentra en el nivel más alto y, según la distancia al centro de gravedad, en la línea central o en el costado del buque. Las cargas debidas a la aceleración del balanceo se ilustran en la figura 1.

Otra contribución a las fuerzas en el contenedor se debe a la gravedad. La gravedad tiene un gran impacto en las cargas verticales pero también contribuye a las cargas laterales cuando el buque está inclinado. Los componentes verticales y laterales de la gravitación se muestran en la figura 2.

Figura 1. Contribución a las cargas en los contenedores debido a las aceleraciones en el movimiento de balanceo puro, y sus componentes laterales y verticales en relación con el buque.

Figura 1. Contribución a las cargas de los contenedores debido a las aceleraciones en el movimiento de balanceo puro, y sus componentes laterales y verticales en relación con el barco | Créditos de la imagen: abb.com

Las dos contribuciones a las aceleraciones – la gravedad y la aceleración de balanceo – se suman a la aceleración total ejercida en el contenedor. En el caso de un movimiento de balanceo regular, ambos componentes varían a lo largo del tiempo y tienen sus extremos para la aceleración lateral en el mismo momento. Los contenedores que se encuentran en posiciones más altas que el centro de gravedad del buque tendrán los componentes amplificados. La magnitud de la contribución de la gravedad es lineal con la amplitud de balanceo, pero la magnitud de la contribución de la aceleración de balanceo es lineal con la amplitud de balanceo, y también cuadrada con la frecuencia circular y, por lo tanto, cuadrada con el período de movimiento de balanceo.

La situación se hace mucho más difícil de entender si se consideran al mismo tiempo los movimientos en los seis grados de libertad. No sólo es importante la amplitud del movimiento, sino también el desplazamiento relativo de fase de los diferentes componentes del movimiento. Además, el comportamiento del buque depende de la condición de carga y, en particular, de la estabilidad transversal.

Las aceleraciones son fáciles de medir con los acelerómetros. La velocidad se deriva entonces de la integración de la aceleración en el tiempo. Una mayor integración a lo largo del tiempo dará lugar al movimiento del buque. Si las aceleraciones se miden en los seis grados de movimiento – es decir, tres traslaciones y tres rotaciones – y la estructura del buque es rígida, entonces la aceleración y el movimiento de cada lugar del buque pueden ser calculados a partir de las aceleraciones medidas. En realidad, los buques no son rígidos, y la estructura de los buques se dobla debido a las cargas variables en el casco. Además, una precisión de medición limitada introduce incertidumbre en los cálculos. Sin embargo, cuando las aceleraciones se miden en un mínimo de tres lugares bien distribuidos en el buque, estas limitaciones pueden superarse. La medición y la supervisión de las aceleraciones se denomina supervisión del movimiento. La vigilancia del movimiento puede utilizarse como base para cuantificar el riesgo de pérdida de contenedores debido a aceleraciones excesivas en las condiciones de las olas en el momento de la medición.

Figura 2. Contribución a las cargas de los contenedores debido a la gravedad para un barco con tacones, y sus componentes laterales y verticales relativos al barco | Créditos de la imagen: abb.com

Los movimientos de los buques de vigilancia permiten recuperar series históricas de aceleraciones para cualquier lugar a bordo. Esta es una información valiosa cuando se investiga un incidente. Esta información también es útil durante las operaciones diarias. ¿La situación actual sigue siendo aceptable o crítica para los contenedores y los amarres? El valor real para el funcionamiento seguro del buque se obtiene cuando los movimientos del buque y los niveles de aceleración se predicen para un futuro próximo y se consideran al tomar decisiones para el funcionamiento del buque.

Las previsiones meteorológicas incluyen las condiciones de las olas y son una información valiosa para el capitán para evitar condiciones inseguras. Esa información puede ayudar a evitar las zonas marítimas en las que es probable que se produzcan movimientos excesivos del buque. Sin embargo, la interpretación de un pronóstico de olas con el fin de reducir el nivel de aceleraciones en los lugares donde se encuentran los contenedores es una tarea de una complejidad demasiado alta para hacerla manualmente. Evitar las zonas donde las olas son más altas puede no ser eficaz si la distribución de los períodos de olas y las direcciones de las olas en relación con el buque tienen más impacto en los niveles de aceleración que la altura de las olas. La automatización puede ayudar y traducir las condiciones de las olas previstas en los movimientos previstos del buque. Para ello es esencial conocer la forma en que el buque responde a las olas, y se han elaborado teorías para preparar esa información con suficiente precisión para su uso a bordo. Para los rangos de las direcciones de las olas, los períodos de las olas y las alturas de las olas, en combinación con un rango en las velocidades de los buques y las condiciones de carga, la respuesta del buque en las olas se calcula y se almacena en una base de datos.

La previsión de la respuesta del buque es el proceso automatizado para traducir la previsión de las olas en una previsión de los movimientos del buque. ABB Ability™ Marine Advisory System – OCTOPUS es la solución de ABB para su uso a bordo cuando la previsión de la respuesta del buque está integrada en el sistema. ABB Ability™ Sistema de Asesoramiento Marino – OCTOPUS proporciona información sobre la situación actual, y también ayuda a identificar los riesgos relacionados con los movimientos cuando se cambia de rumbo o se modifica la velocidad del barco. En la figura 3 se ilustra un ejemplo de una pantalla de a bordo. Los movimientos como el balanceo y el cabeceo se calculan para toda la gama de rumbos y velocidades del barco y se comparan con un límite. Las zonas rojas indican las condiciones en las que se supera al menos uno de los límites dados. Las áreas ámbar indican las condiciones en las que los movimientos son aceptables, pero cerca del límite.

Figura 3. Visualización a bordo de las respuestas de movimiento predichas para todos los encabezamientos y velocidades de los barcos | Créditos de la imagen: abb.com

La previsión de la respuesta de los buques es una ayuda para la toma de decisiones en las operaciones en el mar y es una práctica común para las operaciones complejas en alta mar. Hoy en día, la previsión de la respuesta de los buques también se introduce en la industria del transporte marítimo de contenedores con el fin de mejorar la seguridad del buque, su tripulación y la carga.

Referencias

  • Standing, R.G. Examen de la función de la previsión de la respuesta en la adopción de decisiones para las operaciones en alta mar sensibles a las condiciones meteorológicas.
  • Informe 347 de Investigación de Mecánica de Fluidos del BMT, preparado para el Ejecutivo de Salud y Seguridad.